【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高速永磁同步电机控制，涉及考虑数字延时控制的超高速永磁同步电机谐振抑制方法。
技术介绍
1、高速永磁同步电机具有高功率密度、高效率、结构紧凑及动态特性好等优点，在军事、航空航天、工业、医疗、民用等领域具有重要的研究前景和广泛的应用价值。由于高速永磁同步电机电流频率高且电感较小，定子电流中存在较为明显的开关频率谐波分量，导致电机损耗增加，效率降低。为解决此问题，在传统驱动拓扑中增加lc型输出滤波器，以消除电机电流的谐波分量。然而，lc滤波器与电机定子电感形成了三阶lcl滤波结构，不仅会增大系统模型阶数，其固有谐振峰亦将影响系统运行稳定性。因此，探索带lc滤波器型高速永磁同步电机驱动系统的谐振抑制策略尤为关键。
2、基于电机电流反馈的有源阻尼技术，无需额外增加传感器，可以直接利用电机控制系统中原有的电流传感器即可实现抑制谐振的效果。然而，由于数字控制延时的影响，反馈增益不再等效为一个纯电阻，而是一个与频率相关的虚拟阻抗，当系统的谐振频率出现在负阻尼特性频率范围内时，会使系统变成非最小相位系统，不能有效地抑制谐振，甚至会导致系统不稳定。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供考虑数字延时控制的超高速永磁同步电机谐振抑制方法，解决了数字延时使有源阻尼的控制效果产生相位滞后的问题。
2、本专利技术所采用的技术方案是，考虑数字延时控制的超高速永磁同步电机谐振抑制方法，具体包括如下步骤：
3、步骤1，建立带lc滤波器型超高速永磁同步电机的d-q
4、步骤2，通过步骤1得到的带lc滤波器型超高速永磁同步电机的数学模型设计电机电流反馈增益；
5、步骤3，在步骤2中得到的电机电流反馈增益基础上串联超前相位补偿器。
6、本专利技术的特点还在于：
7、步骤1的具体过程为：
8、同步旋转坐标系d-q轴下超高速永磁同步电机的数学模型如下公式(1)所示：
9、
10、其中，usd、usq为电机端d-q轴电压，isd、isq为电机端d-q轴电流，rs为电机定子电阻，ls为电机定子电感；ωe为转子角速度，ψf为永磁体磁链；
11、同步旋转坐标系下lc滤波器的数学模型如下公式(2)、(3)所示：
12、
13、
14、其中，uhd、uhq为lc滤波器输入端d-q轴电压，ihd、ihq为lc滤波器输入端d-q轴电流，lh为滤波器滤波电感，ch为滤波器滤波电容。
15、步骤2的具体过程为：
16、由步骤1得到的同步旋转坐标系下hspmsm和lc滤波器的数学模型在s域中建立d轴电流环电机电流反馈主动阻尼控制系统，将s域电机电流isd(s)乘以电机电流反馈增益gs(s)并反馈到s域lc滤波器输入电压uhd(s)上，得到s域d轴电流环电机电流反馈主动阻尼控制的系统传递函数glc(s)，如下公式(4)所示：
17、
18、其中，gs(s)表示电机电流反馈增益，gd(s)表示数字控制延迟；
19、前向路径产生1.5ts的数字延迟，ts为采样周期，延时函数表示为如下公式(5)所示：
20、
21、定义电机电流反馈增益gs(s)＝kss2，得到s域d轴电流环电机电流反馈主动阻尼控制的系统传递函数glc(s)，如下公式(6)所示：
22、
23、其中，ks为电机电流反馈系数。
24、步骤3的具体过程为：
25、由于数字控制延时的存在，将电机电流反馈回路等效成一个与电容并联的虚拟阻抗zeq，表达式如下公式(7)所示：
26、
27、将s＝jω代入公式(7)，并对式(7)中的延时环节项e1.5sts利用欧拉公式进行展开和化简，将式(7)等效为虚拟电阻req虚拟电感xeq并联构成的虚拟阻抗zeq如下公式(8)所示：
28、
29、其中，ω＝2πfs，fs为采样频率，req(ω)和xeq(ω)的表达式如下公式(9)所示：
30、
31、步骤3中，虚拟阻抗zeq中的阻性分量req(ω)在0～fs/6频段内呈正阻尼特性，在fs/6～fs/4频段内呈负阻尼特性。
32、步骤3中，相位超前补偿环节gp(s)能在谐振频率大于fs/6的频率范围里提供相位补偿，在s域中该环节的传递函数表达式如下公式(10)所示：
33、
34、其中，kd、a、b均为该环节的补偿参数，满足kd>0，a>0，b>0。
35、步骤3中，参数a用来确定相角最大补偿量ψm，如下公式(11)所示：
36、
37、参数b用来确定最大补偿量ψm所对应的频率点fm，如下公式(12)所示：
38、
39、该补偿环节可实现0～45°的相位超前，由式(11)可计算出参数a，频率点fm对应fs/6，由式(12)可确定参数b，由此可设计超前相位补偿器。
40、步骤3中，加入相位超前补偿环节补偿后的等效阻抗大小如下公式(13)所示：
41、
42、将s＝jω代入公式(13)，并对式(13)中的延时环节项e1.5sts利用欧拉公式进行展开和化简如下公式(14)所示：
43、
44、其中，虚拟电阻req1(ω)和虚拟电感xeq1(ω)的表达式如下公式(15)所示：
45、
46、其中：
47、
48、本专利技术的有益效果是，与传统电容电流反馈和电感电流反馈方法相比，本专利技术采用的电机电流反馈方法可以不用测量电容支路电流和电感支路电流，降低控制系统成本。同时，在电机电流反馈增益回路中串联超前相位补偿器，使虚拟电阻分界频率达到fs/4，显著提升了电机电流反馈有源阻尼策略的有效阻尼区，解决了数字延时使有源阻尼的控制效果产生相位滞后的问题，提高了电机系统的稳定性。采用该方法可以补偿控制延时，提升有源阻尼控制的有效阻尼区，提高电机系统的稳定性。
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1.考虑数字延时控制的超高速永磁同步电机谐振抑制方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑数字延时控制的超高速永磁同步电机谐振抑制方法，其特征在于：所述步骤1的具体过程为：
3.根据权利要求2所述的考虑数字延时控制的超高速永磁同步电机谐振抑制方法，其特征在于：所述步骤2的具体过程为：
4.根据权利要求3所述的考虑数字延时控制的超高速永磁同步电机谐振抑制方法，其特征在于：所述步骤3的具体过程为：
5.根据权利要求4所述的考虑数字延时控制的超高速永磁同步电机谐振抑制方法，其特征在于：所述步骤3中，虚拟阻抗Zeq中的阻性分量Req(ω)在0～fs/6频段内呈正阻尼特性，在fs/6～fs/4频段内呈负阻尼特性。
6.根据权利要求5所述的考虑数字延时控制的超高速永磁同步电机谐振抑制方法，其特征在于：所述步骤3中，相位超前补偿环节Gp(s)能在谐振频率大于fs/6的频率范围里提供相位补偿，在s域中该环节的传递函数表达式如下公式(10)所示：
7.根据权利要求6所述的考虑数字延时控制的超高速永磁同步
8.根据权利要求7所述的考虑数字延时控制的超高速永磁同步电机谐振抑制方法，其特征在于：所述步骤3中，加入相位超前补偿环节补偿后的等效阻抗大小如下公式(13)所示：
...【技术特征摘要】
1.考虑数字延时控制的超高速永磁同步电机谐振抑制方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑数字延时控制的超高速永磁同步电机谐振抑制方法，其特征在于：所述步骤1的具体过程为：
3.根据权利要求2所述的考虑数字延时控制的超高速永磁同步电机谐振抑制方法，其特征在于：所述步骤2的具体过程为：
4.根据权利要求3所述的考虑数字延时控制的超高速永磁同步电机谐振抑制方法，其特征在于：所述步骤3的具体过程为：
5.根据权利要求4所述的考虑数字延时控制的超高速永磁同步电机谐振抑制方法，其特征在于：所述步骤3中，虚拟阻抗zeq中的阻性分量req(ω)在0～fs/6频段内呈正阻尼...
【专利技术属性】
技术研发人员：张彦平，冉一鸣，马宇晗，尹忠刚，刘静，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
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