[发明专利]一种EHA用永磁同步电机调速系统控制器的实现方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种EHA用永磁同步电机调速系统控制器的实现方法，具体地说是一种针对EHA用永磁同步电机调速系统的控制器的实现方案，兼具易实现、抗干扰性、快速性和与id＝0的转子磁链定向的矢量控制方法基本特点等效且更具优势的控制性能。

(二)背景技术

工程上通常要求在EHA上使用永磁同步电机来实现执行功能，对永磁同步电机的调速系统提出了诸多要求，其中包括快速性、高抗干扰性等。传统的调速控制方法有矢量控制方法、直接转矩控制、最大转矩电流比控制、单位功率因数控制(功率因数为1的控制)、SPWM控制等。id＝0的转子磁链定向的矢量控制方法的核心思想是参照直流电机的控制策略，将电机三相电流、电压、磁链经过坐标变换，按照转子磁场定向的原则对定子电流励磁分量和转矩分量进行解耦，从而达到对交流电动机磁链和转矩的分别控制。矢量控制的前提是获得转子磁场的准确位置，通常通过安装绝对编码器或旋转变压器等转子位置传感器来获得转子磁场的准确位置。矢量控制具有速度控制精确、转矩响应良好、转矩脉动小、可实现零速全负载控制，类似直流电机的工作特性，并且调速范围较大的特点。缺点是需要经过两次坐标变换，运算量极大，对电机参数变化敏感，系统结构复杂使得矢量控制的快速性受到制约。因此，工程中需要一种更加易于实现、更加低成本、更加快速的永磁电机控制器的实现方案。

(三)发明内容

针对现有传统电机控制器的矢量控制方案的缺点，本发明的目的是提供一种、具有快速性、抗干扰性、易实现、低成本的调速控制方法，并且在工程应用中具有可行性和实用性。本发明采用了单周控制来实现电流环的调节，单周控制的基本原理是在一个开关周期内，通过控制开关占空比使开关变量的平均值等于参考信号或与其成比例。这种控制方式的优点在于能在一个开关周期内消除稳态误差和动态误差，具有动态响应快、精确度高、控制简单的特点。其高动态响应和高精确度决定了这种控制方法的抗干扰能力强的特点。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是(以两对极隐极永磁同步电动机为例)：

本发明的控制器为转速环和电流环双闭环控制，转速环与传统方式相同，转速环的输出作为电流的参考值，需要将其变换为与反馈电流同相位的给定电流。在传统的id＝0的转子磁链定向控制下，电机反电动势与电流同相位，而反电动势可以由转子位置直接获取，由此通过转子位置直接得到反电动势的参考波形，与转速环输出值相乘再减去电流采样值即得到给定电流。对给定电流进行选择和调节，并生成占空比，对占空比进行选择送至逆变器驱动电机旋转。

对于控制器来说，结合图2，电流环控制核心包括三个模块：电流选择电路，单周控制核心模块，驱动选择电路。电流选择和驱动选择电路都很适合用数字电路实现；结合图3，单周控制核心模块包括一个积分器和三个加法器，两个比较器，两个RS触发器，一个时钟组成，都很方便使用数字电路或简单的模拟电路来实现。

本方法相对于现有i_d＝0转子磁链定向的控制方法具有以下优点：

本方法的运算量相对于传统i_d＝0的转子磁链定向矢量控制方法而言大大减小，对处理器的运算能力要求大大降低；

本方法可以采用纯硬件电路实现(纯硬件电路实现是指仅采用FPGA而不使用其内部DSP核的方法结合一些模拟电路来实现)，而其他方法即使是采用硬件电路实现，也是通过在FPGA内的DSP核来实现算法的迁移，其实际上还是通过软件来实现其算法的。

本方法在电流环中采用了单周控制方法，电流调节更加快速，提高了控制系统的快速性；

本方法在电流环中采用的单周控制方法，提高了控制系统的抗干扰性，可以大大减轻由于电源端的扰动带来转速及转矩的波动。具有良好的鲁棒性和稳态性能。

(四)附图说明：

图1是本发明的电流环的核心示意图(电流环控制核心据图1所示)；

图2是本发明的单周控制核心示意图；

图3是本发明方法的扇区划分依据；

图4是本发明的永磁同步电机逆变器及电机本体拓扑结构模型示意图；

图5是本发明的各扇区两相调制示意图；

图6是本发明的SVPWM控制方法扇区示意图；

图7是本发明的扇区I至扇区VI的实际工作模式表；

图8是本发明的各扇区占空比计算公式及需控制的开关；

图9是本发明的各扇区的单周控制模型；

图10是本发明的电流选择与占空比选择表；