CN114301351A - 一种基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制*** - Google Patents
一种基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***，其特征在于，所述***包括：速度调节器单元；电压前馈单元；电压前馈补偿单元；反Park变换单元；SVPWM算法单元；IPM隔离驱动单元；Clarke变换单元；Park变换单元；以及SMO滑模观测器单元。本发明所提供的基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***解决了三相永磁同步电机在矢量控制上的不可靠性，精度不高，电机调速范围窄，抗扰动能力差，算法复杂等问题。
Description
技术领域
本发明属于永磁同步电机技术领域，具体涉及一种基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***。
背景技术
永磁同步电机是由永磁体励磁产生旋转磁场的同步电机。永磁同步电机因其高效率、转矩波纹小、动态响应快等诸多优点，在航空领域的各个产品上得到了广泛的应用，进而对永磁同步电机的控制精度要求越来越高。
因此，需要一种能精确的控制永磁同步电机的***。
发明内容
本发明的目的在于，针对永磁同步电机的控制精度不能保证使用的问题，提出了一种电路性能稳定、安全、可靠，对电磁干扰有良好的消除能力，能量损耗小的控制***。
本发明为了达到上述目的，提供了一种基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***，所述***包括：
速度调节器单元，用于对DSP处理器中设定的角速度信号进行调节；
电压前馈单元，对经过速度调节器单元的信号进行坐标变换，产生定子电压在d轴和q轴的分量；
电压前馈补偿单元，用于对电压前馈单元输出信号的补偿；
反Park变换单元，对经过电压前馈补偿单元补偿的信号进行反Park变换，产生α和β坐标系下的电压分量；
SVPWM算法单元，对α和β坐标系下的电压分量进行空间矢量计算，产生用于驱动三相永磁同步电机的六路PWM波信号；
IPM隔离驱动单元，用于对六路PWM波信号进行处理得到驱动信号，通过该驱动信号对三相永磁同步电机进行控制；
Clarke变换单元，用于对经过IPM隔离驱动单元处理的信号进行Clarke变换，产生定子电流在α和β坐标系下电流分量；
Park变换单元，将α和β坐标系下电流分量，转换为在d轴和q轴的电流分量；以及
SMO滑模观测器单元，采集α和β坐标系下的电压分量和电流分量，经过信号处理得到处理后的角速度信号，将处理后的角速度信号反馈至DSP处理器，根据处理后的角速度信号对DSP处理器给定的角速度进行调节后传递给速度调节器单元，以形成闭环。(
本发明所提供的基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***，还具有这样的特征，所述经过速度调节器单元的信号为电机转矩电流给定值
本发明所提供的基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***，还具有这样的特征，所述电压前馈补偿单元，使定子电流在d轴上的分量id＝0，电压前馈补偿单元对电压前馈单元输出定子电压usd和usq进行补偿输出△usd和△usq，并计算出定子电压d与q轴分量
和
本发明所提供的基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***，还具有这样的特征，所述反Park变换单元还接收SMO滑模观测器单元信号反馈θr，所述反馈θr用以辅助α和β坐标系下的电压分量的计算。
本发明所提供的基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***，还具有这样的特征，所述SVPWM算法单元使用电压空间矢量算法对接收到的输入信号进行计算，获得六路PWM输出信号。
本发明所提供的基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***，还具有这样的特征，所述IPM隔离驱动单元包括将输入的六路PWM输出信号转换为驱动信号的三相电机输出电路和输出信号故障检测电路。
本发明所提供的基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***，还具有这样的特征，所述Clarke变换单元通过3/2变换，将接收的三相定子电流转换为定子电流在α、β轴上的投影值isα、isβ。
本发明所提供的基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***，还具有这样的特征，所述Park变换单元通过两相旋转-两相静止坐标变换得到定子电流在dq轴上的分量isd、isq。
本发明所提供的基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***，还具有这样的特征，所述SMO滑模观测器单元根据三相永磁同步电机的数学模型，通过SMO理论算出反电动势，得到转子位置和转速信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明所提供的基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***解决了三相永磁同步电机在矢量控制上的不可靠性，精度不高，电机调速范围窄，抗扰动能力差，算法复杂等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：本发明实施例所提供的基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***的原理图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明所提供的控制***作具体阐述。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
如图1所示，提供一种基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***，所述***包括：
速度调节器单元，用于对DSP处理器中设定的角速度信号进行调节；
电压前馈单元，对经过速度调节器单元的信号进行坐标变换，产生定子电压在d轴和q轴的分量；
电压前馈补偿单元，用于对电压前馈单元输出信号的补偿；
反Park变换单元，对经过电压前馈补偿单元补偿的信号进行反Park变换，产生α和β坐标系下的电压分量；
SVPWM算法单元，对α和β坐标系下的电压分量进行空间矢量计算，产生用于驱动三相永磁同步电机的六路PWM波信号；
IPM隔离驱动单元，用于对六路PWM波信号进行处理得到驱动信号，通过该驱动信号对三相永磁同步电机进行控制；
Clarke变换单元，用于对经过IPM隔离驱动单元处理的信号进行Clarke变换，产生定子电流在α和β坐标系下电流分量；
Park变换单元，将α和β坐标系下电流分量，转换为在d轴和q轴的电流分量；以及
SMO滑模观测器单元，采集α和β坐标系下的电压分量和电流分量，经过信号处理得到处理后的角速度信号，将处理后的角速度信号反馈至DSP处理器，根据处理后的角速度信号对DSP处理器给定的角速度进行调节后传递给速度调节器单元，以形成闭环。
在上述实施例中，Park变换：两相旋转-两相静止坐标变换。反Park变换：两相静止坐标-两相旋转变换。Clarke变换：三相静止坐标系与两相静止坐标系之间的变换。SVPWM算法：电压空间矢量脉宽调制算法。IPM隔离驱动：智能功率驱动。SMO滑模观测器：滑模观测器
在部分实施例中，所述经过速度调节器单元的信号为电机转矩电流给定值
在部分实施例中，所述电压前馈补偿单元，使定子电流在d轴上的分量id＝0，电压前馈补偿单元对电压前馈单元输出定子电压usd和usq进行补偿输出△usd和△usq，并计算出定子电压d与q轴分量
和
在部分实施例中，所述反Park变换单元还接收SMO滑模观测器单元信号反馈θr，所述反馈θr用以辅助α和β坐标系下的电压分量的计算。
在部分实施例中，所述SVPWM算法单元使用电压空间矢量算法对接收到的输入信号进行计算，获得六路PWM输出信号。
在部分实施例中，所述IPM隔离驱动单元包括将输入的六路PWM输出信号转换为驱动信号的三相电机输出电路和输出信号故障检测电路。
在部分实施例中，所述Clarke变换单元通过3/2变换，将接收的三相定子电流转换为定子电流在α、β轴上的投影值isα、isβ。
在部分实施例中，所述Park变换单元通过两相旋转-两相静止坐标变换得到定子电流在dq轴上的分量isd、isq。
在部分实施例中，所述SMO滑模观测器单元根据三相永磁同步电机的数学模型，通过SMO理论算出反电动势，得到转子位置和转速信息。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***，其特征在于，所述***包括：
速度调节器单元，用于对DSP处理器中设定的角速度信号进行调节；
电压前馈单元，对经过速度调节器单元的信号进行坐标变换，产生定子电压在d轴和q轴的分量；
电压前馈补偿单元，用于对电压前馈单元输出信号的补偿；
反Park变换单元，对经过电压前馈补偿单元补偿的信号进行反Park变换，产生α和β坐标系下的电压分量；
SVPWM算法单元，对α和β坐标系下的电压分量进行空间矢量计算，产生用于驱动三相永磁同步电机的六路PWM波信号；
IPM隔离驱动单元，用于对六路PWM波信号进行处理得到驱动信号，通过该驱动信号对三相永磁同步电机进行控制；
Clarke变换单元，用于对经过IPM隔离驱动单元处理的信号进行Clarke变换，产生定子电流在α和β坐标系下电流分量；
Park变换单元，将α和β坐标系下电流分量，转换为在d轴和q轴的电流分量；以及
SMO滑模观测器单元，采集α和β坐标系下的电压分量和电流分量，经过信号处理得到处理后的角速度信号，将处理后的角速度信号反馈至DSP处理器，根据处理后的角速度信号对DSP处理器给定的角速度进行调节后传递给速度调节器单元，以形成闭环。
2.根据权利要求1所述的基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***，其特征在于，所述经过速度调节器单元的信号为电机转矩电流给定值
3.根据权利要求1所述的基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***，其特征在于，所述电压前馈补偿单元，使定子电流在d轴上的分量id＝0，电压前馈补偿单元对电压前馈单元输出定子电压usd和usq进行补偿输出Δusd和Δusq，并计算出定子电压d与q轴分量
和
4.根据权利要求1所述的基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***，其特征在于，所述反Park变换单元还接收SMO滑模观测器单元信号反馈θr，所述反馈θr用以辅助α和β坐标系下的电压分量的计算。
5.根据权利要求1所述的基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***，其特征在于，所述SVPWM算法单元使用电压空间矢量算法对接收到的输入信号进行计算，获得六路PWM输出信号。
6.根据权利要求1所述的基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***，其特征在于，所述IPM隔离驱动单元包括将输入的六路PWM输出信号转换为驱动信号的三相电机输出电路和输出信号故障检测电路。
7.根据权利要求1所述的基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***，其特征在于，所述Clarke变换单元通过3/2变换，将接收的三相定子电流转换为定子电流在α、β轴上的投影值isα、isβ。
8.根据权利要求1所述的基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***，其特征在于，所述Park变换单元通过两相旋转-两相静止坐标变换得到定子电流在dq轴上的分量isd、isq。
9.根据权利要求1所述的基于id＝0的三相永磁同步电机无感三闭环矢量控制***，其特征在于，所述SMO滑模观测器单元根据三相永磁同步电机的数学模型，通过SMO理论算出反电动势，得到转子位置和转速信息。
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