CN112260600B - 异步电机的解耦控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异步电机的解耦控制方法及装置。其中，该方法包括：确定异步电机的复矢量模型的被控对象的第一复矢量传递函数；将异步电机的运行参数引入到复矢量模型的被控对象，生成具有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数；确定第二复矢量传递函数的预定参数，其中，预定参数下的第二复矢量传递函数的复数零点与第一复矢量传递函数的极点对消；通过复矢量解耦控制器对异步电机的被控对象进行控制。本发明解决了相关技术中采用高性能的电机控制策略获得转矩和速度的快速响应容易使得矢量控制等高性能控制算法动态性能下降，导致电机控制性能变差的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，具体而言，涉及一种异步电机的解耦控制方法及装置。
背景技术
大功率变频器在工业上的应用越来越广泛，在金属轧制等机械加工场合，有许多工艺及工序要求，如拉紧、卷放和压延等，有些需要频繁的加减速控制、张力控制、位置控制、速度同步协调控制等；在机车牵引应用场合，为了提高运输的准点率、提升载重量等，需要对机车的速度和牵引力进行快速灵活的调节。这些应用场合都需要对电机的转速与转矩的快速响应与精确跟踪。在这些应用场合，基本技术需求是电机的高性能调速和快速的动态响应，目前比较常用的办法是采用高性能的电机控制策略获得转矩和速度的快速响应。然而，大功率变频器为提高***效率，需要降低变换器的开关频率，以减少开关器件损耗。在低开关频率下，***控制带宽降低，再加上数字控制延时增大，使得矢量控制等高性能控制算法动态性能下降，电机控制性能变差。因此，优化高性能电机控制方法是解决低开关频率下电机控制问题的关键因素。
针对上述相关技术中采用高性能的电机控制策略获得转矩和速度的快速响应容易使得矢量控制等高性能控制算法动态性能下降，导致电机控制性能变差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种异步电机的解耦控制方法及装置，以至少解决相关技术中采用高性能的电机控制策略获得转矩和速度的快速响应容易使得矢量控制等高性能控制算法动态性能下降，导致电机控制性能变差的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种异步电机的解耦控制方法，包括：确定异步电机的复矢量模型的被控对象的第一复矢量传递函数；将所述异步电机的运行参数引入到所述复矢量模型的被控对象，生成具有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数；确定所述第二复矢量传递函数的预定参数，其中，所述预定参数下的所述第二复矢量传递函数的复数零点与所述第一复矢量传递函数的极点对消；通过所述复矢量解耦控制器对所述异步电机的被控对象进行控制。
可选地，在确定异步电机的复矢量模型的被控对象的第一复矢量传递函数之前，该异步电机的解耦控制方法还包括：基于所述异步电机的结构特征生成所述异步电机在静态三维坐标系下的三维电机模型；将所述三维电机模型转换为二维电机模型；将所述二维电机模型转换到同步旋转坐标系下，得到所述异步电机的复矢量模型。
可选地，该异步电机的解耦控制方法还包括：在所述同步旋转坐标系中，控制所述复矢量模型的d轴方向与转子磁链的方向相同。
可选地，所述异步电机的电流模型为：
其中，Ψrd表示转子磁链，lm表示励磁电感，isd表示同步旋转坐标系下的定子电流，τr表示转子时间常数，p表示微分算子；所述异步电机的电磁转矩模型为：
Te表示电磁转矩，lr表示转子电感，np为极对数，isq表示所述同步旋转坐标系下的定子电流。
可选地，确定异步电机的复矢量模型的被控对象的第一复矢量传递函数，包括：
将所述复矢量解耦控制器的逆变器数字控制以及脉冲宽度调制PWM延时等效为一阶惯性环节，并确定所述一阶惯性环节在静态坐标系下的第三传递函数，其中，所述第三传递函数为：
表示电压矢量质量，Us(s)表示逆变器实际输出电压矢量，τd表示***等效时延，Ts表示采样周期；获取比例积分PI控制器下所述被控对象的第四传递函数，其中，所述第四传递函数为：
rσ表示等效电阻，τ′σ表示定子暂态时间常数；获取所述PI控制器的第五传递函数，其中，所述第五传递函数为：
kp表示所述PI控制器的增益，τi表示积分时间常数；通过所述第三传递函数、第四传递函数以及所述第五传递函数得到所述第一复矢量传递函数，其中，所述第一复矢量函数为延迟环节的***开环传递函数，所述第一复矢量传递函数为：
可选地，生成具有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数，包括：基于零点和极点的对消作用生成所述复矢量解耦控制器，其中，所述复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数为：
ω1表示同步角速度，ωst表示实际测量转速，kp表示PI控制器的增益，τd表示***等效时延，rσ表示等效电阻，τ′σ表示定子暂态时间常数，τr表示转子时间常数，
lm表示励磁电感。
可选地，生成具有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数，包括：基于零点和极点的对消作用生成所述复矢量解耦控制器，其中，所述复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数为：
ω1表示同步角速度，ωst表示实际测量转速，kp表示PI控制器的增益，τd表示***等效时延，rσ表示等效电阻，τ′σ表示定子暂态时间常数，τr表示转子时间常数。
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种异步电机的解耦控制装置，包括：第一确定单元，用于确定异步电机的复矢量模型的被控对象的第一复矢量传递函数；第一生成单元，用于将所述异步电机的运行参数引入到所述复矢量模型的被控对象，生成具有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数；第二确定单元，用于确定所述第二复矢量传递函数的预定参数，其中，所述预定参数下的所述第二复矢量传递函数的复数零点与所述第一复矢量传递函数的极点对消；控制单元，用于通过所述复矢量解耦控制器对所述异步电机的被控对象进行控制。
可选地，该异步电机的解耦控制装置还包括：第一生成单元，用于在确定异步电机的复矢量模型的被控对象的第一复矢量传递函数之前，基于所述异步电机的结构特征生成所述异步电机在静态三维坐标系下的三维电机模型；转换单元，用于将所述三维电机模型转换为二维电机模型；获取单元，用于将所述二维电机模型转换到同步旋转坐标系下，得到所述异步电机的复矢量模型。
可选地，该异步电机的解耦控制装置还包括：在所述同步旋转坐标系中，控制所述复矢量模型的d轴方向与转子磁链的方向相同。
可选地，所述异步电机的电流模型为：
其中，Ψrd表示转子磁链，lm表示励磁电感，isd表示同步旋转坐标系下的定子电流，τr表示转子时间常数，p表示微分算子；所述异步电机的电磁转矩模型为：
Te表示电磁转矩，lr表示转子电感，np为极对数，isq表示所述同步旋转坐标系下的定子电流。
可选地，所述第一确定单元，包括：第一确定模块，用于将所述复矢量解耦控制器的逆变器数字控制以及脉冲宽度调制PWM延时等效为一阶惯性环节，并确定所述一阶惯性环节在静态坐标系下的第三传递函数，其中，所述第三传递函数为：
表示电压矢量质量，Us(s)表示逆变器实际输出电压矢量，τd表示***等效时延，Ts表示采样周期；第一获取模块，用于获取比例积分PI控制器下所述被控对象的第四传递函数，其中，所述第四传递函数为：
rσ表示等效电阻，τ′σ表示定子暂态时间常数；第二获取模块，用于获取所述PI控制器的第五传递函数，其中，所述第五传递函数为：
kp表示所述PI控制器的增益，τi表示积分时间常数；第三获取模块，用于通过所述第三传递函数、第四传递函数以及所述第五传递函数得到所述第一复矢量传递函数，其中，所述第一复矢量函数为延迟环节的***开环传递函数，所述第一复矢量传递函数为：
可选地，所述第一生成单元，包括：第一生成模块，用于基于零点和极点的对消作用生成所述复矢量解耦控制器，其中，所述复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数为：
ω1表示同步角速度，ωst表示实际测量转速，kp表示PI控制器的增益，τd表示***等效时延，rσ表示等效电阻，τ′σ表示定子暂态时间常数，τr表示转子时间常数，
lm表示励磁电感。
可选地，所述第一生成单元，包括：第二生成模块，用于基于零点和极点的对消作用生成所述复矢量解耦控制器，其中，所述复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数为：
ω1表示同步角速度，ωst表示实际测量转速，kp表示PI控制器的增益，τd表示***等效时延，rσ表示等效电阻，τ′σ表示定子暂态时间常数，τr表示转子时间常数。
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种异步电机的解耦控制***，使用上述中任一项所述的异步电机的解耦控制方法。
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述计算机存储介质所在设备执行上述中任意一项所述的异步电机的解耦控制方法。
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行计算机程序，其中，所述计算机程序运行时执行上述中任意一项所述的异步电机的解耦控制方法。
在本发明实施例中，采用确定异步电机的复矢量模型的被控对象的第一复矢量传递函数；将异步电机的运行参数引入到复矢量模型的被控对象，生成具有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数；确定第二复矢量传递函数的预定参数，其中，预定参数下的第二复矢量传递函数的复数零点与第一复矢量传递函数的极点对消；通过复矢量解耦控制器对异步电机的被控对象进行控制，通过本发明实施例的异步电机的解耦控制方法，实现了通过异步电机的数学模型和矢量控制构建解耦控制器以对异步电机在低开关频率下进行有效解耦的目的，达到了提高异步电机性能的技术效果，进而解决了相关技术中采用高性能的电机控制策略获得转矩和速度的快速响应容易使得矢量控制等高性能控制算法动态性能下降，导致电机控制性能变差的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的异步电机的解耦控制方法的流程图；
图2(a)是现有技术中的传统PI控制器下响应的示意图；
图2(b)是根据本发明实施例的复矢量全解耦控制响应示意图；
图3是根据本发明实施例的异步电机的解耦控制装置的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
根据本发明实施例，提供了一种异步电机的解耦控制方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本发明实施例的异步电机的解耦控制方法的流程图，如图1所示，该异步电机的解耦控制方法包括如下步骤：
步骤S102，确定异步电机的复矢量模型的被控对象的第一复矢量传递函数。
在该实施例中，需要先建立异步电机的复矢量模型。
因此，在一种可选的实施例中，在确定异步电机的复矢量模型的被控对象的第一复矢量传递函数之前，该异步电机的解耦控制方法还可以包括：基于异步电机的结构特征生成异步电机在静态三维坐标系下的三维电机模型；将三维电机模型转换为二维电机模型；将二维电机模型转换到同步旋转坐标系下，得到异步电机的复矢量模型。
步骤S104，将异步电机的运行参数引入到复矢量模型的被控对象，生成具有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数。
可选的，上述运行参数可以包括但不限于异步电机的转速。
步骤S106，确定第二复矢量传递函数的预定参数，其中，预定参数下的第二复矢量传递函数的复数零点与第一复矢量传递函数的极点对消。
步骤S108，通过复矢量解耦控制器对异步电机的被控对象进行控制。
由上可知，在本发明实施例中，可以确定异步电机的复矢量模型的被控对象的第一复矢量传递函数；将异步电机的运行参数引入到复矢量模型的被控对象，生成具有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数；确定第二复矢量传递函数的预定参数，其中，预定参数下的第二复矢量传递函数的复数零点与第一复矢量传递函数的极点对消；通过复矢量解耦控制器对异步电机的被控对象进行控制，实现了通过异步电机的数学模型和矢量控制构建解耦控制器以对异步电机在低开关频率下进行有效解耦的目的，达到了提高异步电机性能的技术效果。
通过本发明实施例的异步电机的解耦控制方法，解决了相关技术中采用高性能的电机控制策略获得转矩和速度的快速响应容易使得矢量控制等高性能控制算法动态性能下降，导致电机控制性能变差的技术问题。
在一种可选的实施例中，该异步电机的解耦控制方法还包括：在同步旋转坐标系中，控制复矢量模型的d轴方向与转子磁链的方向相同。
即，在本发明实施例中，结合异步电机的数学模型和矢量控制的基本原理，并考虑矢量控制的耦合问题以及主要解耦方式，在电机复矢量模型下，重点分析在低开关频率下矢量控制的耦合问题，以提高电机的控制性能，获取转矩和速度的快速响应，在保持有效解耦的前提下再简化算法。
在该实施例中，在同步旋转坐标系下，将d轴方向与转子磁链方向保持一致，而与q轴正交，这样可以实现磁链和转矩的单独控制，类似于直流电机，以获得更好的动态性能。
在一种可选的实施例中，d-q同步旋转坐标系下电机数学模型下，将转子磁链定向于d轴方向，则有Ψrq＝0，pΨrq＝0，则异步电机的电流模型为：
其中，Ψrd表示转子磁链，lm表示励磁电感，isd表示同步旋转坐标系下的定子电流，τr表示转子时间常数，p表示微分算子；异步电机的电磁转矩模型为：
Te表示电磁转矩，lr表示转子电感，np为极对数，isq表示同步旋转坐标系下的定子电流。
在该实施例中，转子磁链和电磁转矩的解耦控制可以通过分别控制定子电流d-q轴分量来实现。
其中，矢量控制d-q轴参考电压的解耦分两部分，一是由旋转变换产生的励磁和转矩电流分量的交叉耦合二是由电机反电动势产生的耦合。在开关频率较高时，电流环控制带宽较高时，交叉耦合项可以当作扰动来处理，快速的电流控制会克服耦合带来的影响。然而，当开关频率变的很低时，电流环控制带宽较低，对于交叉耦合扰动的抑制能力大大减弱。同时，由于数字控制及PWM延时加大，死区时间加长，进一步加大了d-q轴的耦合作用，使矢量控制的性能进一步恶化。常规的解耦办法，如前馈解耦、反馈解耦、交叉解耦等效果有限。因此，需要将这些因素进行及精确建模，为低开关频率下矢量控制解耦策略提供理论依据。
在一种可选的实施例中，确定异步电机的复矢量模型的被控对象的第一复矢量传递函数，可以包括：将复矢量解耦控制器的逆变器数字控制以及脉冲宽度调制PWM延时等效为一阶惯性环节，并确定一阶惯性环节在静态坐标系下的第三传递函数，其中，第三传递函数为：
表示电压矢量质量，Us(s)表示逆变器实际输出电压矢量，τd表示***等效时延，Ts表示采样周期；获取比例积分PI控制器下被控对象的第四传递函数，其中，第四传递函数为：
rσ表示等效电阻，τ′σ表示定子暂态时间常数；获取PI控制器的第五传递函数，其中，第五传递函数为：
kp表示PI控制器的增益，τi表示积分时间常数；通过第三传递函数、第四传递函数以及第五传递函数得到第一复矢量传递函数，其中，第一复矢量函数为延迟环节的***开环传递函数，第一复矢量传递函数为：
需要说明的是，在该实施例中，
Ts表示采样周期，一般可取为开关频率，即
同步旋转坐标下下其传递函数可以为：
另外，由电机复矢量模型，可以确定定子电压到定子电流的复矢量传递函数：
其中，
ωst为测量所得转速，ω1为同步角速度，ωr为转子角速度，rσ为等效电阻，τ′σ为定子暂态时间常数。
容易注意的是，传统的同步旋转坐标系下设计电流环PI控制器时，一般忽略上述公式中的虚部，即视d-q轴分量独立，若同时忽略转子侧对定子侧的耦合，对应的被控对象传递函数可以为上述第四传递函数。
在该实施例中，第一复矢量传递函数中，可取积分时间常数τi＝τσ，对消***在
处的极点，并根据***阻尼要求(取
)设置控制器增益
可得***闭环传函为：
当开关频率较高时，即τd＜＜τ′σ，上述解耦控制器设计可以获得满意的动态性能，使实际电流矢量较好的跟踪其指令值。但当τd与τ′σ比较接近时，控制性能下降，动态过程中d-q轴电流耦合严重，如图2(a)(图2(a)是现有技术中的传统PI控制器下响应的示意图)波形所示，***在3s时突加80％额定负载，100ms后负载突减为零，可以看到d-q轴电流在阶跃输入下耦合严重。这是由于传统PI控制器的设计忽略了虚部耦合项所致，即使引入前馈解耦项，也会因为延时环节的存在导致解耦不充分，补偿失效。
需要说明的是，考虑逆变器数字控制及PWM延时和***耦合的被控对象传递函数为：
根据零点极点对消原理，可以得到如下第二复矢量传递函数。
在一种可选的实施例中，生成具有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数，包括：基于零点和极点的对消作用生成复矢量解耦控制器，其中，复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数为
ω1表示同步角速度，ωst表示实际测量转速，kp表示PI控制器的增益，τd表示***等效时延，rσ表示等效电阻，τ′σ表示定子暂态时间常数，τr表示转子时间常数，
lm表示励磁电感。
在一种可选的实施例中，对上述第二复矢量传递函数进行补偿后开环传递函数为：
与上述第一复矢量传递函数类似，是一种典型的二阶***，然后可以设计解耦控制器的参数，其对应的闭环动态响应如图2(b)(图2(b)是根据本发明实施例的复矢量全解耦控制响应示意图)所示，如图2(b)所示，额定转矩突变时，通过复矢量控制算法可以有效解耦d-q轴的耦合，获得快速的响应；转矩指令阶跃过程中，d-q轴电流的耦合扰动可以得到很好的抑制。
在一种可选的实施例中，在上述第二复矢量传递函数对应的解耦控制器汇总，对数字控制及PWM延时和***所有耦合进行了全面补偿，获得了很好的解耦效果；然而，由于该解耦控制器比较复杂，基本上是包含电机和逆变器的逆***；一方面该复矢量表达式比较复杂，实际编程实现时，离散化展开为d-q分类运算更加复杂；另一方面，用普通的离散化方法如前向差分或后向差分，在低开关频率下离散化精度不高。利用精度较高的离散化方法时，算法运算量进一步加大，增加硬件需求，不利于工程实际应用。因此可以简化复矢量控制器，在保证相当的解耦效果的基础上，减少算法实现的复杂度。
因此，根据复矢量模型的分析，考虑转子磁链的变化相对较慢，可暂不考虑这一部分的耦合影响，***传递函数可以简化为如下所示，即，生成具有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数，包括：基于零点和极点的对消作用生成复矢量解耦控制器，其中，复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数为：
ω1表示同步角速度，ωst表示实际测量转速，kp表示PI控制器的增益，τd表示***等效时延，rσ表示等效电阻，τ′σ表示定子暂态时间常数，τr表示转子时间常数。
在该实施例中，以此为被控对象，根据零极点对消原理，可以设计解耦控制器：
***开环传递函数可为：
这也是一个二阶***，其简化了复矢量解耦方法，并在控制器结构中保留了基本解耦功能，可直接在模拟域下设计复矢量解耦控制器参数，算法结构简单，控制***复杂度大大降低，离散化后很容易在数字控制芯片上编程实现。
由上可知，本发明实施例提供的异步电机的解耦控制方法，针对低开关频率下变频驱动***的性能下降问题，从复矢量模型的角度分析了矢量控制解耦的相关问题，为深入的分析***耦合问题和改进解耦方法提供依据。传统设计电流控制器的方法是将耦合看作扰动或者假设已解耦的情况下，将一个四阶***降为两个相互独立的一阶***来分析，低开关频率下，电流控制器带宽下降，电流环抑制扰动能力下降，延时增大，不能有效解耦。而复矢量电机模型可以将该四阶等效模型降为两阶等效模型，简化了***模型，有利于控制器的分析设计。另外，对电机及逆变器***在低开关频率下的耦合效应进行准确的复矢量等效建模分析，给出一种基于***全解耦的复矢量电流控制器，构建被控对象的逆***，有效消除d-q轴的耦合作用。
实施例2
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种异步电机的解耦控制装置，图3是根据本发明实施例的异步电机的解耦控制装置的示意图，如图3所示，该异步电机的解耦控制装置包括：第一确定单元31，第一生成单元33，第二确定单元35以及控制单元37。下面对该异步电机的解耦控制装置进行说明。
第一确定单元31，用于确定异步电机的复矢量模型的被控对象的第一复矢量传递函数。
第一生成单元33，用于将异步电机的运行参数引入到复矢量模型的被控对象，生成具有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数。
第二确定单元35，用于确定第二复矢量传递函数的预定参数，其中，预定参数下的第二复矢量传递函数的复数零点与第一复矢量传递函数的极点对消。
控制单元37，用于通过复矢量解耦控制器对异步电机的被控对象进行控制。
此处需要说明的是，上述第一确定单元31，第一生成单元33，第二确定单元35以及控制单元37对应于实施例1中的步骤S102至S108，上述单元与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述单元作为装置的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行。
由上可知，在本申请上述实施例中，可以利用第一确定单元确定异步电机的复矢量模型的被控对象的第一复矢量传递函数；然后利用第一生成单元将异步电机的运行参数引入到复矢量模型的被控对象，生成具有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数；接着利用第二确定单元确定第二复矢量传递函数的预定参数，其中，预定参数下的第二复矢量传递函数的复数零点与第一复矢量传递函数的极点对消；并利用控制单元通过复矢量解耦控制器对异步电机的被控对象进行控制。通过本发明实施例的异步电机的解耦控制装置，实现了通过异步电机的数学模型和矢量控制构建解耦控制器以对异步电机在低开关频率下进行有效解耦的目的，达到了提高异步电机性能的技术效果，进而解决了相关技术中采用高性能的电机控制策略获得转矩和速度的快速响应容易使得矢量控制等高性能控制算法动态性能下降，导致电机控制性能变差的技术问题。
在一种可选的实施例中，该异步电机的解耦控制装置还包括：第一生成单元，用于在确定异步电机的复矢量模型的被控对象的第一复矢量传递函数之前，基于异步电机的结构特征生成异步电机在静态三维坐标系下的三维电机模型；转换单元，用于将三维电机模型转换为二维电机模型；获取单元，用于将二维电机模型转换到同步旋转坐标系下，得到异步电机的复矢量模型。
在一种可选的实施例中，该异步电机的解耦控制装置还包括：在同步旋转坐标系中，控制复矢量模型的d轴方向与转子磁链的方向相同。
在一种可选的实施例汇总，异步电机的电流模型为：
其中，Ψrd表示转子磁链，lm表示励磁电感，isd表示同步旋转坐标系下的定子电流，τr表示转子时间常数，p表示微分算子；异步电机的电磁转矩模型为：
Te表示电磁转矩，lr表示转子电感，np为极对数，isq表示同步旋转坐标系下的定子电流。
在一种可选的实施例中，第一确定单元，包括：第一确定模块，用于将复矢量解耦控制器的逆变器数字控制以及脉冲宽度调制PWM延时等效为一阶惯性环节，并确定一阶惯性环节在静态坐标系下的第三传递函数，其中，第三传递函数为：
表示电压矢量质量，Us(s)表示逆变器实际输出电压矢量，τd表示***等效时延，Ts表示采样周期；第一获取模块，用于获取比例积分PI控制器下被控对象的第四传递函数，其中，第四传递函数为：
rσ表示等效电阻，τ′σ表示定子暂态时间常数；第二获取模块，用于获取PI控制器的第五传递函数，其中，第五传递函数为：
kp表示PI控制器的增益，τi表示积分时间常数；第三获取模块，用于通过第三传递函数、第四传递函数以及第五传递函数得到第一复矢量传递函数，其中，第一复矢量函数为延迟环节的***开环传递函数，第一复矢量传递函数为：
在一种可选的实施例中，第一生成单元，包括：第一生成模块，用于基于零点和极点的对消作用生成复矢量解耦控制器，其中，复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数为：
ω1表示同步角速度，ωst表示实际测量转速，kp表示PI控制器的增益，τd表示***等效时延，rσ表示等效电阻，τ′σ表示定子暂态时间常数，τr表示转子时间常数，
lm表示励磁电感。
可选地，第一生成单元，包括：第二生成模块，用于基于零点和极点的对消作用生成复矢量解耦控制器，其中，复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数为：
ω1表示同步角速度，ωst表示实际测量转速，kp表示PI控制器的增益，τd表示***等效时延，rσ表示等效电阻，τ′σ表示定子暂态时间常数，τr表示转子时间常数。
实施例3
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种异步电机的解耦控制***，使用上述中任一项的异步电机的解耦控制方法。
实施例4
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序被处理器运行时控制计算机存储介质所在设备执行上述中任意一项的异步电机的解耦控制方法。
实施例5
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种处理器，处理器用于运行计算机程序，其中，计算机程序运行时执行上述中任意一项的异步电机的解耦控制方法。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种异步电机的解耦控制方法，其特征在于，包括：
确定异步电机的复矢量模型的被控对象的第一复矢量传递函数；
将所述异步电机的运行参数引入到所述复矢量模型的被控对象，生成具有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数；
确定所述第二复矢量传递函数的预定参数，其中，所述预定参数下的所述第二复矢量传递函数的复数零点与所述第一复矢量传递函数的极点对消；
通过所述复矢量解耦控制器对所述异步电机的被控对象进行控制，
确定异步电机的复矢量模型的被控对象的第一复矢量传递函数，包括：
将所述复矢量解耦控制器的逆变器数字控制以及脉冲宽度调制PWM延时等效为一阶惯性环节，并确定所述一阶惯性环节在静态坐标系下的第三传递函数，其中，所述第三传递函数为：
表示电压矢量质量，Us(s)表示逆变器实际输出电压矢量，τd表示***等效时延，Ts表示采样周期；
获取比例积分PI控制器下所述被控对象的第四传递函数，其中，所述第四传递函数为：
rσ表示等效电阻，τ′σ表示定子暂态时间常数；
获取所述PI控制器的第五传递函数，其中，所述第五传递函数为：
kp表示所述PI控制器的增益，τi表示积分时间常数；
通过所述第三传递函数、第四传递函数以及所述第五传递函数得到所述第一复矢量传递函数，其中，所述第一复矢量传递函数为延迟环节的***开环传递函数，所述第一复矢量传递函数为：
生成具有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数，包括：
基于零点和极点的对消作用生成所述复矢量解耦控制器，其中，所述复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数为：
ω1表示同步角速度，ωst表示实际测量转速，kp表示PI控制器的增益，τd表示***等效时延，rσ表示等效电阻，τ′σ表示定子暂态时间常数，τr表示转子时间常数，
lm表示励磁电感。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定异步电机的复矢量模型的被控对象的第一复矢量传递函数之前，还包括：
基于所述异步电机的结构特征生成所述异步电机在静态三维坐标系下的三维电机模型；
将所述三维电机模型转换为二维电机模型；
将所述二维电机模型转换到同步旋转坐标系下，得到所述异步电机的复矢量模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：在所述同步旋转坐标系中，控制所述复矢量模型的d轴方向与转子磁链的方向相同。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述异步电机的电流模型为：
其中，Ψrd表示转子磁链，lm表示励磁电感，isd表示同步旋转坐标系下的定子电流，τr表示转子时间常数，p表示微分算子；所述异步电机的电磁转矩模型为：
Te表示电磁转矩，lr表示转子电感，np为极对数，isq表示所述同步旋转坐标系下的定子电流。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生成具有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数，包括：
基于零点和极点的对消作用生成所述复矢量解耦控制器，其中，所述复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数为：
ω1表示同步角速度，ωst表示实际测量转速，kp表示PI控制器的增益，τd表示***等效时延，rσ表示等效电阻，τ′σ表示定子暂态时间常数，τr表示转子时间常数。
6.一种异步电机的解耦控制装置，其特征在于，包括：
第一确定单元，用于确定异步电机的复矢量模型的被控对象的第一复矢量传递函数；
第一生成单元，用于将所述异步电机的运行参数引入到所述复矢量模型的被控对象，生成具有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数；
第二确定单元，用于确定所述第二复矢量传递函数的预定参数，其中，所述预定参数下的所述第二复矢量传递函数的复数零点与所述第一复矢量传递函数的极点对消；
控制单元，用于通过所述复矢量解耦控制器对所述异步电机的被控对象进行控制，
第一确定单元包括：第一确定模块，用于将所述复矢量解耦控制器的逆变器数字控制以及脉冲宽度调制PWM延时等效为一阶惯性环节，并确定所述一阶惯性环节在静态坐标系下的第三传递函数，其中，所述第三传递函数为：
表示电压矢量质量，Us(s)表示逆变器实际输出电压矢量，τd表示***等效时延，Ts表示采样周期；第一获取模块，用于获取比例积分PI控制器下所述被控对象的第四传递函数，其中，所述第四传递函数为：
rσ表示等效电阻，τ′σ表示定子暂态时间常数；第二获取模块，用于获取所述PI控制器的第五传递函数，其中，所述第五传递函数为：
kp表示所述PI控制器的增益，τi表示积分时间常数；第三获取模块，用于通过所述第三传递函数、第四传递函数以及所述第五传递函数得到所述第一复矢量传递函数，其中，所述第一复矢量传递函数为延迟环节的***开环传递函数，所述第一复矢量传递函数为：
第一生成单元包括：第一生成模块，用于基于零点和极点的对消作用生成所述复矢量解耦控制器，其中，所述复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数为：
7.一种异步电机的解耦控制***，其特征在于，使用上述权利要求1至5中任一项所述的异步电机的解耦控制方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1至5中任意一项所述的异步电机的解耦控制方法。
9.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行计算机程序，其中，所述计算机程序运行时执行权利要求1至5中任意一项所述的异步电机的解耦控制方法。
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