CN108809188A - 永磁同步电机电流控制方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了永磁同步电机电流控制方法及***。所述方法包括对永磁同步电机的电角速度进行实时采样，根据永磁同步电机的机理方程和电角速度，计算永磁同步电机的D轴电流和Q轴电流，对D轴电流和Q轴电流进行坐标变换，从而得到三相反馈电流预估值，对三相反馈电流预估值进行误差校正，将经过误差校正的三相反馈电流预估值作为所需获得的三相反馈电流等步骤；所述***包括电角度计算模块、电流计算模块、坐标变换模块和误差校正模块。本发明对通过传感器测得的三相反馈电流实测值进行了滤波，无需占用大量计算资源便能快速实现，能够为闭环控制算法提供高精度的三相反馈电流。

Description

永磁同步电机电流控制方法及***

技术领域

本发明涉及伺服电机控制技术领域，尤其是永磁同步电机电流控制方法及***。

背景技术

永磁同步电机具有体积小、响应快、功率高等优势，在新能源汽车、数控机床以及机器人等设备得到广泛的应用。通过永磁同步电机控制***(或者驱动器)使用矢量控制方法，可以实现对永磁同步电机工作的精确控制。矢量控制方法的关键步骤是获取反馈电流以供电流控制器实施闭环控制算法，从而实现高精度的电流控制，因此，矢量控制方法的质量与反馈电流的测量精度密切相关。

现有永磁同步电机的三相反馈电流是通过电流传感器或者霍尔传感器来检测，而电流传感器或霍尔传感器的制造误差将会在检测过程中带来三相反馈电流的检测误差；同时，由于所测得的三相反馈电流是模拟量，需要利用运放电路和AD转换电路等将其转换成相应的数字量才能实现闭环控制算法，转换过程容易引入各种误差以及干扰。上述问题的存在，致使检测到的反馈电流存在较大的偏差，这容易导致电流控制的失效。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的第一目在于提供永磁同步电机电流控制方法，第二目在于提供永磁同步电机电流控制***。

本发明所采取的第一技术方案是：

永磁同步电机电流控制方法，包括以下步骤：

对永磁同步电机的电角速度进行实时采样；

根据永磁同步电机的机理方程和电角速度，计算永磁同步电机的D轴电流和Q轴电流；所述机理方程与永磁同步电机的参数以及工作状态有关；

对D轴电流和Q轴电流进行坐标变换计算，从而得到三相反馈电流预估值；

对三相反馈电流预估值进行误差校正后，将经过误差校正的三相反馈电流预估值作为所需获得的三相反馈电流；

根据三相反馈电流对磁同步电机进行控制。

进一步地，所述电角速度通过以下步骤获取：

对永磁同步电机的角速度进行实时采样；

根据永磁同步电机的极对数和角速度，计算电角速度。

进一步地，所述机理方程经过以下处理：以磁链的时间变化率为零为条件的简化。

进一步地，所述D轴电流和Q轴电流通过求解以下方程计算：

式中，i_d为D轴电流，i_q为Q轴电流，u_d为D轴电压，u_q为Q轴电压，L_d为D轴电感，L_q为Q轴电感，R_s为定子电阻，ψ_f为转子磁链，ω_e为电角速度。

进一步地，所述坐标变换通过以下公式进行：

式中，为三相反馈电流预估值，为中间参数，为D轴电流和Q轴电流，θ为角度参数。

进一步地，所述误差校正包括以下步骤：

计算三相反馈电流预估值与三相反馈电流实测值的偏差；所述三相反馈电流实测值是通过传感器在该三相反馈电流预估值对应的电角速度的采样时刻测得的；

如果所述偏差在预定范围内，则以该三相反馈电流预估值作为所需获取的三相反馈电流。

本发明所采取的第二技术方案是：

永磁同步电机电流控制***，包括：

电角度计算模块，用于对永磁同步电机的电角速度进行实时采样；

电流计算模块，用于根据永磁同步电机的机理方程和电角速度，计算永磁同步电机的D轴电流和Q轴电流；

坐标变换模块，用于对D轴电流和Q轴电流进行坐标变换，从而得到三相反馈电流预估值；

误差校正模块，用于对三相反馈电流预估值进行误差校正，将经过误差校正的三相反馈电流预估值作为所需获得的三相反馈电流。

本发明的有益效果是：本发明方案等效于对通过传感器测得的三相反馈电流实测值进行了滤波，从而减少最终得到的三相反馈电流的误差，使得根据三相反馈电流进行的闭环控制算法可以达到更高的精度。本发明简单高效，无需占用大量计算资源便能快速实现，能够为闭环控制算法提供高精度的三相反馈电流。

附图说明

图1为本发明实施例1方法的流程图。

具体实施方式

考虑到通过传感器直接测量三相反馈电流以及进行模数转换的过程中容易引入误差干扰，本发明的思路是将经过滤波后的反馈电流作为所需获得的三相反馈电流，从而供电流控制器实施闭环控制算法。滤波过程中引入电角速度这一参量，由于电角速度的测量精度很高，所以滤波过程也能达到很高的精度。具体地，实施例1的方案是经过一系列的时域上的采样和变换处理从而实现滤波，实施例2的方案是与实施例1相对应的***方案。

实施例1

本实施例中，永磁同步电机电流控制方法，如图1所示，包括以下步骤：

对永磁同步电机的电角速度进行实时采样；

根据永磁同步电机的机理方程和电角速度，计算永磁同步电机的D轴电流和Q轴电流；所述机理方程与永磁同步电机的参数以及工作状态有关；

对D轴电流和Q轴电流进行坐标变换计算，从而得到三相反馈电流预估值；

对三相反馈电流预估值进行误差校正后，将经过误差校正的三相反馈电流预估值作为所需获得的三相反馈电流；

根据三相反馈电流对磁同步电机进行控制。

永磁同步电机的电角速度是指永磁同步电机转子的电角速度。根据电角速度和机理方程以及一系列变换所得的三相反馈电流预估值是一个不依赖传感器直接测得的计算结果，其经过误差校正步骤后可以作为供电流控制器实施闭环控制算法的三相反馈电流。

进一步作为优选的实施方式，所述电角速度通过以下步骤获取：

对永磁同步电机的角速度进行实时采样；

根据永磁同步电机的极对数和角速度，计算电角速度。

永磁同步电机的角速度是指永磁同步电机转子的角速度。电角速度可以通过角速度计算得到，也就是ω_e＝pω，其中ω_e为电角速度，ω为角速度，p为永磁同步电机的极对数。其中，角速度ω可以通过常规的方式采样得到，例如以时间T为采样周期，通过位置传感器采集在T内转子转过的角度Δθ，即可计算出角速度

进一步作为优选的实施方式，所述机理方程经过以下处理：以磁链的时间变化率为零为条件的简化。

机理方程是描述永磁同步电机工作的方程，在dq坐标系下，永磁同步电机的机理方程为：

式中i_d和i_q分别为D轴电流和Q轴电流，u_d和u_q分别为D轴电压和Q轴电压，L_d和L_q分别为D轴电感和Q轴电感，ψ_d和ψ_q分别为D轴磁链和Q轴磁链，R_s为定子电阻，ψ_f为转子磁链，ω_e为电角速度。以上各量中“D轴和Q轴”是指定子的对应各物理量在D轴和Q轴上的分量。其中，i_d和i_q是要求解的结果，u_d、u_q、ψ_d和ψ_q可以测量得到，L_d、L_q、ψ_f和R_s与永磁同步电机有关，可以查阅其说明书或者测量得到。

考虑到永磁同步电机在常规状态下运行时磁链变化相对较小，也就是考虑这一条件后，可以将机理方程简化为

进一步作为优选的实施方式，所述D轴电流和Q轴电流通过求解以下方程计算：

式中，i_d为D轴电流，i_q为Q轴电流，u_d为D轴电压，u_q为Q轴电压，L_d为D轴电感，L_q为Q轴电感，R_s为定子电阻，ψ_f为转子磁链，ω_e为电角速度。

通过求解这一简化后的机理方程，便能得到D轴电流i_d和Q轴电流i_q。

进一步作为优选的实施方式，所述坐标变换通过以下公式进行：

式中，为三相反馈电流预估值，为中间参数，为D轴电流和Q轴电流，θ为角度参数。其中θ的具体数值可以根据实际应用环境自行定义。

进一步作为优选的实施方式，所述误差校正包括以下步骤：

计算三相反馈电流预估值与三相反馈电流实测值的偏差；所述三相反馈电流实测值是通过传感器在该三相反馈电流预估值对应的电角速度的采样时刻测得的；

如果所述偏差在预定范围内，则以该三相反馈电流预估值作为所需获取的三相反馈电流。

通过误差校正步骤可以判断计算所得的三相反馈电流预估值与三相反馈电流实测值的偏差是否超过预定范围，如果没有超过，那么表明计算得到的三相反馈电流预估值是真实有效的，可以作为供电流控制器实施闭环控制算法的三相反馈电流，否则应该舍弃，可以在下一时刻重新执行本实施例方法来得到新的三相反馈电流预估值。通过误差校正步骤决定是否将当前三相反馈电流预估值作为所需获得的三相反馈电流，相当于对通过传感器测得的三相反馈电流实测值进行了滤波，从而减少最终得到的三相反馈电流的误差。其中，三相反馈电流预估值是根据电角速度计算得到的，因此，用来进行偏差计算的三相反馈电流实测值的采样时刻应该与该电角速度的采样时刻相同。

所述偏差可以通过以下公式计算得到：其中为三相反馈电流预估值，i_a，i_b，i_c为三相反馈电流预估值，Δ_a，Δ_b，Δ_c分别为各相电流的偏差。误差校正的条件可以为预定范围ρ可以根据永磁同步电机的额定功率来决定，例如对于额定功率为10kw的电机，ρ＝1A；额定功率为450w的电机，ρ＝0.1A。

实施例2

本实施例中，永磁同步电机电流控制***，包括：

电角度计算模块，用于对永磁同步电机的电角速度进行实时采样；

电流计算模块，用于根据永磁同步电机的机理方程和电角速度，计算永磁同步电机的D轴电流和Q轴电流；

坐标变换模块，用于对D轴电流和Q轴电流进行坐标变换，从而得到三相反馈电流预估值；

误差校正模块，用于对三相反馈电流预估值进行误差校正，将经过误差校正的三相反馈电流预估值作为所需获得的三相反馈电流。

上述各模块可以是由存储器、处理器、传感器以及其他必要的控制和转换电路组成的功能模块。通过上述永磁同步电机电流控制***，可以实现实施例1所述永磁同步电机电流控制方法。

本发明以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但对本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.永磁同步电机电流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

对永磁同步电机的电角速度进行实时采样；

根据永磁同步电机的机理方程和电角速度，计算永磁同步电机的D轴电流和Q轴电流；所述机理方程与永磁同步电机的参数以及工作状态有关；

对D轴电流和Q轴电流进行坐标变换计算，从而得到三相反馈电流预估值；

对三相反馈电流预估值进行误差校正后，将经过误差校正的三相反馈电流预估值作为所需获得的三相反馈电流；

根据三相反馈电流对磁同步电机进行控制。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机电流控制方法，其特征在于，所述电角速度通过以下步骤获取：

对永磁同步电机的角速度进行实时采样；

根据永磁同步电机的极对数和角速度，计算电角速度。

3.根据权利要求1所述的永磁同步电机电流控制方法，其特征在于，所述机理方程经过以下处理：以磁链的时间变化率为零为条件的简化。

4.根据权利要求3所述的永磁同步电机电流控制方法，其特征在于，所述D轴电流和Q轴电流通过求解以下方程计算：

式中，i_d为D轴电流，i_q为Q轴电流，u_d为D轴电压，u_q为Q轴电压，L_d为D轴电感，L_q为Q轴电感，R_s为定子电阻，ψ_f为转子磁链，ω_e为电角速度。

5.根据权利要求1-4任一项所述的永磁同步电机电流控制方法，其特征在于，所述坐标变换通过以下公式进行：

式中，为三相反馈电流预估值，为中间参数，为D轴电流和Q轴电流，θ为角度参数。

6.根据权利要求1-4任一项所述的永磁同步电机电流控制方法，其特征在于，所述误差校正包括以下步骤：

计算三相反馈电流预估值与三相反馈电流实测值的偏差；所述三相反馈电流实测值是通过传感器在该三相反馈电流预估值对应的电角速度的采样时刻测得的；

如果所述偏差在预定范围内，则以该三相反馈电流预估值作为所需获取的三相反馈电流。

7.永磁同步电机电流控制***，其特征在于，包括：

电角度计算模块，用于对永磁同步电机的电角速度进行实时采样；

电流计算模块，用于根据永磁同步电机的机理方程和电角速度，计算永磁同步电机的D轴电流和Q轴电流；

坐标变换模块，用于对D轴电流和Q轴电流进行坐标变换，从而得到三相反馈电流预估值；

误差校正模块，用于对三相反馈电流预估值进行误差校正，将经过误差校正的三相反馈电流预估值作为所需获得的三相反馈电流。