CN110635732A - 一种基于时序滞后补偿的双中断永磁同步电机高速驱动控制方法 - Google Patents

一种基于时序滞后补偿的双中断永磁同步电机高速驱动控制方法 Download PDF

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肖磊
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Abstract

本发明公开了一种基于时序滞后补偿的双中断永磁同步电机高速驱动控制方法，该方法采用低速中断进行当前角度值计算以及永磁同步电机的d,q轴控制电压Ud,Uq计算，采用高速中断补偿程序计算过程导致的角度滞后，最终通过空间矢量坐标变换实现永磁同步电机三相相电压Uu,Uv,Uw输出。该方法能够提高永磁同步电机三相相电压脉宽调制波形输出频率，降低永磁同步电机相电流纹波噪声，通过高速中断对角度计算时滞进行滞后补偿，保证高速中断输出的脉宽调制电压波形准确，提高控制***控制精度。

Description

一种基于时序滞后补偿的双中断永磁同步电机高速驱动控制 方法
技术领域：
本发明涉及一种针对高速永磁同步电机驱动角度滞后补偿方法，属于电机驱动控制技术领域。
背景技术：
高速电机驱动控制是伺服电机驱动控制领域的难点，为了实现电机高转速驱动控制，电机结构在设计过程中，对电机反电势设计要求高，为降低电机高速状态下的反电势，会减少电机定子匝数，电机定子匝数的降低会减少电机电感系数，电感系数的降低会增大驱动过程产生的电机相电流纹波，导致电机转矩输出震荡增加，如图1所示，不利于电机的高精度稳定控制。另外，在电机高速驱动控制过程中，电机转子转速高，从角度值解算结束到最终电机驱动脉宽调制波形输出存在时间滞后，这种时间滞后会导致控制精度降低，在高速状态下无法保证额定功率输出。
发明内容：
针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种基于时序滞后补偿的双中断永磁同步电机高速驱动控制方法，通过高速中断提高电机相电压脉宽调制频率以降低电机相电流纹波噪声，以及通过进入高速中断次数查表角度滞后补偿值，以提高电机高速状态下的驱动控制精度。
上述目的主要通过以下方案实现：
本发明的一种基于时序滞后补偿的双中断永磁同步电机高速驱动控制方法，其特征在于：所述方法的具体实现过程为：
步骤一：低速中断计算模块建立
建立88us为周期的低速中断，首先计算当前电机转子的机械位置θ，然后依据电流传感器反馈的模拟信号计算三相反馈电流值，依据三相反馈电流值iu、iv、iw，经过空间矢量坐标变化得到d-q轴反馈电流id、iq如式(1)所示：
Figure BDA0002106011410000021
采用d轴电流为0的控制方式，采用PI控制器，实现d-q轴电压指令的计算，k代表当前计算周期，k-1代表上一个计算周期，依据当前计算周期电流指令值与由三相电流空间矢量变换得到的实际d-q轴电流反馈值id、iq进行计算，此时d轴电流指令idref＝0，q轴电流指令为iqref，求得电流反馈偏差id_err、iq_err如式(2)所示：
依据当前计算周期电流反馈误差id_err(k)、iq_err(k)及积分系数Ki对电流误差积分值id_org(k)、iq_org(k)进行求解如式(3)所示：
依据当前计算周期得到的电流误差积分值id_org(k)、iq_org(k)，反馈电流 id(k)、iq(k)以及比例系数Kv对d-q轴控制电压指令进行求解如式(4)所示：
Figure BDA0002106011410000024
式中：Rs为永磁同步电机等效电阻，Ld、Lq为永磁同步电机d-q轴等效电感值，ωe为永磁同步电机电角度转速值，为永磁同步电机等效磁链系数。
步骤二：高速中断计算模块建立
首先通过单片机模数转换模块读取编码器模拟量数值，然后启动模数转换模块，将连续4个高速中断得到的角度值模拟量数值进行移动平均滤波，先对相邻四个采集点Mj+1，Mj+2，Mj+3，Mj+4对应的角度模拟量数值求取平均数，并作为角度值计算的依据，此时角度值模拟量采样点的等效位置为4次模拟量数值采集的中间位置x1，高速中断计算过程中，记录进入高速中断次数，中断进入次数从1到4进行循环，依据进入中断的次数查表得到角度滞后补偿值，角度滞后补偿后进行空间矢量变换得到三相相电压输出Uu、Uv、Uw，最终得到经过角度滞后补偿的三相相电压输出值。
本发明的有益效果为：
1、采用双中断驱动控制高速电机旋转，其中高速中断可以对电机相电流控制进行高频调节，减小由于高速永磁同步电机电感小造成的相电流纹波。
2、由于相电压脉宽调制频率的增加使得永磁同步电机相电流纹波减小，进而可以增加控制***电流环控制的比例环节系数，提高电流环响应速度。
3、依据进入高速中断次数查表得到角度滞后补偿值，用以提高电机高速状态下的驱动控制精度。
附图说明：
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为本发明中永磁同步电机电流响应波形示意图；
图2为本发明中高速及低速中断程序流程；
图3为本发明中双中断角度模拟量采集及角度滞后补偿时序图；
图4为本发明中依据高速中断进入次数的角度滞后补偿值示意图；
具体实施方式：
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1、图2、图3、图4所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种基于时序滞后补偿的双中断永磁同步电机高速驱动控制方法，其特征在于：所述方法的具体实现过程为：
步骤一：低速中断计算模块建立
建立88us为周期的低速中断，首先计算当前电机转子的机械位置θ，然后依据电流传感器反馈的模拟信号计算三相反馈电流值，依据三相反馈电流值iu、iv、iw，经过空间矢量坐标变化得到d-q轴反馈电流id、iq如式(1)所示：
Figure BDA0002106011410000041
采用d轴电流为0的控制方式，采用PI控制器，实现d-q轴电压指令的计算，k代表当前计算周期，k-1代表上一个计算周期，依据当前计算周期电流指令值与由三相电流空间矢量变换得到的实际d-q轴电流反馈值id、iq进行计算，此时d轴电流指令idref＝0，q轴电流指令为iqref，求得电流反馈偏差id_err、iq_err如式(2)所示：
Figure BDA0002106011410000042
依据当前计算周期电流反馈误差id_err(k)、iq_err(k)及积分系数Ki对电流误差积分值id_org(k)、iq_org(k)进行求解如式(3)所示：
Figure BDA0002106011410000043
依据当前计算周期得到的电流误差积分值id_org(k)、iq_org(k)，反馈电流 id(k)、iq(k)以及比例系数Kv对d-q轴控制电压指令进行求解如式(4)所示：
Figure BDA0002106011410000044
式中：Rs为永磁同步电机等效电阻，Ld、Lq为永磁同步电机d-q轴等效电感值，ωe为永磁同步电机电角度转速值，
Figure BDA0002106011410000051
为永磁同步电机等效磁链系数。
步骤二：高速中断计算模块建立
首先通过单片机模数转换模块读取编码器模拟量数值，然后启动模数转换模块，将连续4个高速中断得到的角度值模拟量数值采集点Mj+1， Mj+2，Mj+3，Mj+4求取平均数，并作为角度值计算的依据，此时角度值模拟量采样点的等效位置为4次模拟量数值采集的中间位置x1，在高速中断执行过程中，低速中断同步执行，如图3所示，在
Figure BDA0002106011410000055
处进入低等级中断，进行角度及控制电压指令值计算，在低等级中断结尾
Figure BDA0002106011410000056
处等待高等级中断触发，并将计算得到的角度值送入高等级中断内。在t2时间内进行脉宽调制波计算，得到脉宽调制指令值后，由硬件计数器在高速中断下一个控制周期的计数器波峰t3处输出脉宽调制波。由此可见，从角度值模数转换模块触发到脉宽调制波输出的延时时间为：Δt_delay1＝x2-x1。高速中断计算过程中，记录进入高速中断次数，中断进入次数从1到4 进行循环，依据进入中断的次数查表得到角度滞后补偿值，设进入高等级中断的时序为①到④，角度补偿值为
Figure BDA0002106011410000053
到
Figure BDA0002106011410000054
假设此时电机旋转角速度为ωr/min，则进入高等级中断次数与角度延时补偿值的对应关系如图 4所示。
θe＝θ+θb (5)
θe为补偿后角度值，θb为查表得到的补偿角度值。
角度滞后补偿后进行空间矢量变换得到三相相电压输出Uu、Uv、Uw，最终得到经过角度滞后补偿的三相相电压输出值，如公式(6)所示。
Figure BDA0002106011410000052

Claims (1)

1.一种基于时序滞后补偿的双中断永磁同步电机高速驱动控制方法，其特征在于：所述方法的具体实现过程为：
步骤一：低速中断计算模块建立
建立88us为周期的低速中断，首先计算当前电机转子的机械位置θ，然后依据电流传感器反馈的模拟信号计算三相反馈电流值，依据三相反馈电流值iu、iv、iw，经过空间矢量坐标变化得到d-q轴反馈电流id、iq如式(1)所示：
Figure RE-FDA0002188839850000011
采用d轴电流为0的控制方式，采用PI控制器，实现d-q轴电压指令的计算，k代表当前计算周期，k-1代表上一个计算周期，依据当前计算周期电流指令值与由三相电流空间矢量变换得到的实际d-q轴电流反馈值id、iq进行计算，此时d轴电流指令idref＝0，q轴电流指令为iqref，求得电流反馈偏差id_err、iq_err如式(2)所示：
Figure RE-FDA0002188839850000012
依据当前计算周期电流反馈误差id_err(k)、iq_err(k)及积分系数Ki对电流误差积分值id_org(k)、iq_org(k)进行求解如式(3)所示：
Figure RE-FDA0002188839850000013
依据当前计算周期得到的电流误差积分值id_org(k)、iq_org(k)，反馈电流id(k)、iq(k)以及比例系数Kv对d-q轴控制电压指令进行求解如式(4)所示：
Figure RE-FDA0002188839850000014
式中：Rs为永磁同步电机等效电阻，Ld、Lq为永磁同步电机d-q轴等效电感值，ωe为永磁同步电机电角度转速值，
Figure RE-FDA0002188839850000021
为永磁同步电机等效磁链系数。
步骤二：高速中断计算模块建立
首先通过单片机模数转换模块读取编码器模拟量数值，然后启动模数转换模块，将连续4个高速中断得到的角度值模拟量数值进行移动平均滤波，先对相邻四个采集点Mj+1，Mj+2，Mj+3，Mj+4对应的角度模拟量数值求取平均数，并作为角度值计算的依据，此时角度值模拟量采样点的等效位置为4次模拟量数值采集的中间位置x1，高速中断计算过程中，记录进入高速中断次数，中断进入次数从1到4进行循环，依据进入中断的次数查表得到角度滞后补偿值，角度滞后补偿后进行空间矢量变换得到三相相电压输出Uu、Uv、Uw，最终得到经过角度滞后补偿的三相相电压输出值。
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