CN103904972A - 一种新型永磁同步电机模糊无差拍算法矢量控制*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型永磁同步电机模糊无差拍算法矢量控制***，包括模糊PI控制器、无差拍电流预测控制模块、空间脉宽矢量调制模块、三相两电平逆变器、永磁同步电机模型和3s/2r变化模块。该控制***可以很好的应用于数字控制***中，具有很好的应用前景。

Description

一种新型永磁同步电机模糊无差拍算法矢量控制***

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制领域，特别涉及一种采用模糊PI、无差拍电流预测组合算法的新型永磁同步电机矢量控制***。

背景技术

永磁同步电动机(Permanent Magnent Synchronous Motor，PMSM)是一个非线性、时变性和不确定性的复杂控制对象。在传统的矢量控制中(id＝0)，采用速度环和电流环双PID闭环控制策略。但是传统的PID参数较难确定，且动态性能较差。在永磁同步电动机的运行中，由于参数的变化，数学模型发生改变，传统的PID控制器无法在线整定，导致控制性能的下降。因此采用非常规PID控制器的永磁同步电机矢量控制算法具有广泛的应用前景。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种采用模糊PI、无差拍电流预测组合算法的新型永磁同步电机矢量控制***。

技术方案：本发明提供了一种新型永磁同步电机模糊无差拍算法矢量控制***，其特征在于：包括模糊PI控制器(101)、无差拍电流预测控制模块(102)、空间脉宽矢量调制模块(SVPWM)(103)、三相两电平逆变器(104)、永磁同步电机模型(105)和3s/2r变化模块(106)；所述模糊PI控制器(101)的输入端接入速度指令值ω^*并与永磁同步电机模型(105)的输出端相连；所述无差拍电流预测控制模块(102)的输入端分别与模糊PI控制器(101)、永磁同步电机模型(105)和3s/2r变换模块(106)的输出端连接；所述空间脉宽矢量调制模块(SVPWM)(103)的输入端分别与无差拍电流预测控制模块(102)和永磁同步电机模型(105)的输出端连接；所述三相两电平逆变器(104)的输入端与空间脉宽矢量调制模块(SVPWM)(103)的输出端连接；所述永磁同步电机模型(105)的输入端与三相两电平逆变器(104)的输出端连接；所述3s/2r变化模块(106)的输入端分别与三相两电平逆变器(104)和3s/2r变化模块(106)的输出端连接。

作为改进，所述模糊PI控制器采用通用的模糊PI控制器，模糊化、模糊推理和模糊决策、清晰化过程，模糊规则采用典型阶跃响应来推导出来的经验型规则。

作为另一种改进，所述无差拍电流预测控制模块采用离散状态下的控制方程：

通过输入端的电压电流值计算出第k+1时刻电流预测值，其计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{i_d}^{\′}=(1-\frac{{\mathrm{RT}}_S}{L})i_d\left(k\right)+T_s\mathrm{\ω}\left(k\right)i_q\left(k\right)+\frac{T_s}{L}{u}_d\left(k\right)\\ {i_q}^{\′}=-T_s\mathrm{\ω}\left(k\right)i_d\left(k\right)+(1-\frac{T_{s}R}{L})i_q\left(k\right)+\frac{T_s}{L}{u}_q\left(k\right)\end{array}\right.;$

通过电流预测值推导出第k时刻施加在空间脉宽矢量调制模块上定子电压指令值，其计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{u}}_d\left(k\right)=(R-\frac{L}{T_s})i_d\left(k\right)-\mathrm{L\ω}\left(k\right)i_q\left(k\right)\\ {\stackrel{\‾}{u}}_q\left(k\right)=\frac{L}{T_s}{i}_q*+\mathrm{L\ω}\left(k\right)i_d\left(k\right)+(R-\frac{L}{T_s})i_q\left(k\right)\end{array}\right.$

式中，i_d*、i_q*为第k时刻的电流参考值与i_d′、i_q′等效；i_d(k)、i_q(k)为第k时刻采样得到的电流值；ω(k)为电机第k时刻转速值；Ts为***采样时间；L为电机定子电感值，R为定子电阻值；

为定子电压指令值。

有益效果：本发明提供的新型永磁同步电机模糊无差拍算法矢量控制***，相对于现有技术，具有以下突出的优势：

(1)省去了传统的PID控制器中的速度环、电流环，免去了繁琐的PI参数预整定；

(2)采用模糊PI控制器、无差拍控制器可以具有优良的动静态性能，可以快速的整定PI参数，免去了繁琐的PI参数凑试过程，从而达到最优控制效果，且具有很好的抗干扰能力。

(3)该控制***可以很好的应用于数字控制***中，具有很好的应用前景。

附图说明

图1是本发明新型永磁同步电机模糊无差拍算法矢量控制***的模型图；

图2是本发明新型永磁同步电机模糊无差拍算法矢量控制***的结构图；

图3是本发明新型永磁同步电机模糊无差拍算法矢量控制***的预测电流结构图；

图4是本发明新型永磁同步电机模糊无差拍算法矢量控制***的定子电压指令值结构图；

图5是本发明新型永磁同步电机模糊无差拍算法矢量控制***的波形效果与传统的控制***的波形效果对比图；其中(a)为本发明新型永磁同步电机模糊无差拍算法矢量控制***的波形效果；(b)为传统的控制***的波形效果。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

新型永磁同步电机模糊无差拍算法矢量控制***，见图1和图2，包括：模糊PI控制器(101)、无差拍电流预测控制模块(102)、空间脉宽矢量调制模块(SVPWM)(103)、三相两电平逆变器(104)、永磁同步电机模型(105)、3s/2r变化模块(106)。

模糊PI控制器(101)一端接入速度指令值ω^*和永磁同步电机模型(105)输出端相连，另一端与无差拍电流预测控制模块(102)一端相连。

模糊PI控制器(101)一端接入速度指令值ω^*和永磁同步电机模型(105)的输出端相连，另一端与无差拍电流预测控制模块(102)的一端相连，无差拍电流预测控制模块(102)同时与3s/2r变换模块(106)输出端、永磁同步电机的检测输出端(105)相连，另一端与空间脉宽矢量调制模块(SVPWM)(103)相连。

空间脉宽矢量调制模块(SVPWM)(103)一端与无差拍电流预测模块(102)、3s/2r变换模块(106)相连，另一端与三相两电平逆变器(104)一端相连，三相两电平逆变器(104)另一端与永磁同步电机模型(105)、3s/2r变化模块(106)一端相连。3s/2r变化模块(106)另一端与永磁同步电机模型(105)输入输出端、无差拍电流预测控制模块(102)输入端相连。

模糊PI控制器(101)采用通用的模糊PI控制器，模糊化、模糊推理和模糊决策、清晰化过程，模糊规则采用典型阶跃响应来推导出来的经验型规则。

利用本发明新型永磁同步电机模糊无差拍算法矢量控制***中的模糊无差拍控制器的预测电流，见图3。

无差拍控制器采用离散状态下的控制方程，通过输入端的电压电流值，计算出第k+1时刻电流预测值，其计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{i_d}^{\′}=(1-\frac{{\mathrm{RT}}_S}{L})i_d\left(k\right)+T_s\mathrm{\ω}\left(k\right)i_q\left(k\right)+\frac{T_s}{L}{u}_d\left(k\right)\\ {i_q}^{\′}=-T_s\mathrm{\ω}\left(k\right)i_d\left(k\right)+(1-\frac{T_{s}R}{L})i_q\left(k\right)+\frac{T_s}{L}{u}_q\left(k\right)\end{array}\right.$

式中：i_d′、i_q′为第k时刻的电流预测值；i_d(k)、i_q(k)为第k时刻采样得到的电流值；ω(k)为电机第k时刻转速值；Ts为***采样时间；L为电机定子电感值，R为定子电阻值；

利用本发明新型永磁同步电机模糊无差拍算法矢量控制***中的模糊无差拍控制器的预测电压，见图4。通过预测电流值推导出第k时刻施加在SVPWM模块上定子电压指令值，其计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{u}}_d\left(k\right)=(R-\frac{L}{T_s})i_d\left(k\right)-\mathrm{L\ω}\left(k\right)i_q\left(k\right)\\ {\stackrel{\‾}{u}}_q\left(k\right)=\frac{L}{T_s}{i}_q*+\mathrm{L\ω}\left(k\right)i_d\left(k\right)+(R-\frac{L}{T_s})i_q\left(k\right)\end{array}\right.$

式中：i_d*、i_q*为第k时刻的电流参考值与i_d′、i_q′等效；Ts为***采样时间；L为电机定子电感值，R为定子电阻值，

为定子电压指令值；ω(k)为电机第k时刻转速值；

图5给出了本发明新型永磁同步电机模糊无差拍算法矢量控制***的波形效果与与传统的控制***的波形效果对比图；如图5可知：本发明新型永磁同步电机模糊无差拍算法矢量控制***较传统控制***具有更快***动态响应速度，超调量更小，有一定的抗干扰性。

Claims (2)

1.一种新型永磁同步电机模糊无差拍算法矢量控制***，其特征在于：包括模糊PI控制器(101)、无差拍电流预测控制模块(102)、空间脉宽矢量调制模块(103)、三相两电平逆变器(104)、永磁同步电机模型(105)和3s/2r变化模块(106)；所述模糊PI控制器(101)的输入端接入速度指令值ω^*并与永磁同步电机模型(105)的输出端相连；所述无差拍电流预测控制模块(102)的输入端分别与模糊PI控制器(101)、永磁同步电机模型(105)和3s/2r变换模块(106)的输出端连接；所述空间脉宽矢量调制模块(103)的输入端分别与无差拍电流预测控制模块(102)和永磁同步电机模型(105)的输出端连接；所述三相两电平逆变器(104)的输入端与空间脉宽矢量调制模块(103)的输出端连接；所述永磁同步电机模型(105)的输入端与三相两电平逆变器(104)的输出端连接；所述3s/2r变化模块(106)的输入端分别与三相两电平逆变器(104)和3s/2r变化模块(106)的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型永磁同步电机模糊无差拍算法矢量控制***，其特征在于：所述无差拍电流预测控制模块采用离散状态下的控制方程：通过输入端的电压电流值计算出第k+1时刻电流预测值，其计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{i_d}^{\′}=(1-\frac{{\mathrm{RT}}_S}{L})i_d\left(k\right)+T_s\mathrm{\ω}\left(k\right)i_q\left(k\right)+\frac{T_s}{L}{u}_d\left(k\right)\\ {i_q}^{\′}=-T_s\mathrm{\ω}\left(k\right)i_d\left(k\right)+(1-\frac{T_{s}R}{L})i_q\left(k\right)+\frac{T_s}{L}{u}_q\left(k\right)\end{array}\right.;$

通过电流预测值推导出第k时刻施加在空间脉宽矢量调制模块上定子电压指令值，其计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{u}}_d\left(k\right)=(R-\frac{L}{T_s})i_d\left(k\right)-\mathrm{L\ω}\left(k\right)i_q\left(k\right)\\ {\stackrel{\‾}{u}}_q\left(k\right)=\frac{L}{T_s}{i}_q*+\mathrm{L\ω}\left(k\right)i_d\left(k\right)+(R-\frac{L}{T_s})i_q\left(k\right)\end{array}\right.$

式中，i_d*、i_q*为第k时刻的电流参考值与i_d′、i_q′等效；i_d(k)、i_q(k)为第k时刻采样得到的电流值；ω(k)为电机第k时刻转速值；Ts为***采样时间；L为电机定子电感值，R为定子电阻值；

为定子电压指令值。

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