[发明专利]一种永磁同步电机的直交轴电流矢量复合控制器

说明书

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，涉及一种永磁同步电机的直交轴电流矢量复合控制方法。该方法适用于航空航天、军事装备以及工业生产中对高精度电动伺服系统的控制。

背景技术

目前高精度机电伺服系统采用的矢量控制方法，需要精确实时检测转子位置角θ和各相定子电流，通过建立电机的dq轴数学模型实现直轴电流i_d和交轴电流i_q的解耦控制。常用的电流闭环矢量控制有两种基本结构：基于定子参考坐标系的电流控制和基于转子参考坐标系的电流控制。

基于定子参考坐标系的电流控制结构，将直轴电流和交轴电流的参考给定量输入至矢量运算器，根据当前电机转子位置角进行Park^-1变换和Clarke^-1变换得到定子的各相参考给定电流i_A^*、i_B^*、i_C^*，并通过相电流闭环使定子各相电流i_A、i_B、i_C快速跟踪给定值，达到期望的控制效果。该方法直接对电枢电流闭环控制，无需关注电机结构参数，控制简单，容易实现。但该方法中的相电流控制器对定子各相电流进行闭环，误差信号为正弦交变信号，其频率与电机转速成正比。在电机高速运行时，高频的交变电流因控制器有限的增益和通频带而导致输出产生较大的相移和误差。

基于转子参考坐标系的电流控制结构，将所测量定子坐标下的相电流利用Clarke变换解算出正交静止αβ坐标下两相交流电流i_α、i_β，进而以转子位置角θ为参数利用Park变换将i_α、i_β变换为正交旋转dq坐标下的两个解耦的脉动直流电流i_d、i_q。将直轴电流和交轴电流的参考给定量和分别与坐标变换后的i_d和i_q求差，并输入至磁链控制器和力矩控制器，分别得到直轴电压u_d和交轴电压u_q，再利用当前电机转子位置角θ进行Park^-1变换和Clarke^-1变换得到定子各相控制电压u_A、u_B、u_C。与基于定子参考坐标系的相电流闭环控制结构不同，该方法在dq坐标下对解耦信号i_d和i_q进行控制，而不是对正弦时变的相电流进行控制，避免了前述相电流闭环控制结构因控制器带宽引起的相移，在全调速域内均有较好的性能。该方法中的磁链控制器和力矩控制器一般采用PI控制，而积分量会影响系统的动态特性和相位裕度。这种仅用误差反馈进行调节的控制方法需要输出量发生变化并形成偏差后才能形成纠偏控制作用，限制了系统的动态性能，同时控制增益过高也会影响系统的稳定性。上述矢量控制方法对转子位置和电流的检测及解算的精度、实时性及处理速度等方面都要求很高。尤其实时检测的电流信号在受到干扰的情况下，将直接影响系统的控制性能。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种永磁同步电机的直交轴电流矢量复合控制器，控制结构如图1所示，其特征在于含有：一个位置传感器、一个测速反馈环节、一个反电势前馈补偿器、一个转速闭环控制器、一个交轴电流复合控制器、一个直轴电流复合控制器和一个矢量变换器。其中：

所述位置传感器(BQ)和测速反馈环节(FBS)与电机转子同轴相连。其中，旋转的d轴与静止的A轴之间的夹角θ，由位置传感器测出，用于确定Park坐标变换和Park^-1坐标变换的变换矩阵元素值；电机转子角速度ω由测速反馈环节测得，用于转速闭环控制。