[发明专利]一种混合励磁同步电机非线性逆推跟踪控制方法

权利要求书

1.一种混合励磁同步电机非线性逆推跟踪控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、从电机主电路分别采集如下信号：相电流i_a、i_b和励磁电流i_f、直流母线电压U_dc和励磁电压U_f，将采集到的相电流i_a、i_b和励磁电流i_f、直流母线电压U_dc和励磁电压U_f经电压跟随、滤波、偏置及过压保护后送入控制器处理，对电机进行准确初始位置检测，从电机编码器上采集转速和转子位置角，送入控制器计算得出角速度ω_r和转子位置角θ；

步骤2、对步骤1得到的相电流i_a、i_b进行A/D转换，随后再经帕克变换得到两相旋转坐标系下的定子直轴电流i_d和交轴电流i_q；

步骤3、将给定角速度ω_rref与步骤1得到的角速度ω_r比较，得到角速度偏差e_ω，将角速度偏差e_ω、角速度ω_r和直流母线电压U_dc分别输入速度逆推跟踪控制器，判断混合励磁同步电机运行区域：当角速度ω_r小于弱磁基速时，混合励磁同步电机运行于低速区；当角速度ω_r大于弱磁基速时，混合励磁同步电机运行于高速区；

步骤4、根据步骤3中混合励磁同步电机运行区域进行选择执行，当混合励磁同步电机运行于低速区时，只需执行步骤a；当混合励磁同步电机运行于高速区，只需执行步骤b；

步骤a.混合励磁同步电机运行于低速区，基于非线性逆推跟踪控制原理，计算d轴电流参考值i_dref、q轴电流参考值i_qref和励磁电流参考值i_fref；

步骤b.混合励磁同步电机运行于高速区，基于非线性逆推跟踪控制原理，计算d轴电流参考值i_dref、q轴电流参考值i_qref和励磁电流参考值i_fref；

所述混合励磁同步电机运行于低速区，d轴电流参考值i_dref、q轴电流参考值i_qref和励磁电流参考值i_fref的具体计算方法如下：

混合励磁同步电机在dq参考坐标系中的数学模型为：

状态空间方程：

电压极限方程：

式(1)、式(2)中，i_d、i_q分别为d轴与q轴电流，i_f为励磁绕组电流，L_d、L_q分别为d轴与q轴电感，L_f为励磁绕组自感，M_f为电枢与励磁绕组之间的互感；ψ_m为永磁体磁链，u_d、u_q分别为d轴与q轴的电压，u_f为励磁绕组电压，R为电枢绕组电阻，R_f为励磁绕组电阻，ω_r为机械角速度；p为电机极对数，B为摩擦系数，J为转动惯量，T_L为负载转矩，ω_e为电角速度，u_dc为直流母线电压；

对于混合励磁同步电机系统，控制目标是电机转速，定义转速跟踪误差e_ω为：

e_ω＝ω_rref-ω_r (3)

选择e_ω为状态变量，构成系统1；为了使得转速跟踪误差趋于零，构造Lyapunov函数为：

对式(4)求导得：

根据Barbalat推论，要使系统1稳定，要求dV₁/dt0，因此，令

式(6)中，k_ω为转速调节系数；

低速区采用i_d＝0的控制策略，电机运行在轻载或额定负载及以下时，电机输出的电磁转矩大于等于负载转矩，能够满足负载运行要求，即有：

式(7)中，i_qN为q轴电流的额定值；

由式(7)可知，负载转矩小于额定转矩，电机运行在永磁励磁状态，无需增磁控制，励磁电流i_f＝0，得到如下参考电流：

式(8)中，i_dref、i_qref分别为d轴与q轴电流的参考值，i_fref为励磁电流的参考值；

电机运行在起动或重载状态时，电枢电流和永磁体作用产生的电磁转矩小于负载转矩，不能满足负载运行要求，即有：

由(9)知，定子q轴电流已达到额定电流i_qN，仍然不能满足负载运行要求，所以利用励磁电流i_f进行增磁控制，电机运行在增磁状态，计算得到如下参考电流：

步骤5、利用步骤4得到的d轴电流参考值i_dref、q轴电流参考值i_qref和励磁电流参考值i_fref、步骤2得到的定子直轴电流i_d和交轴电流i_q以及步骤1中励磁电流i_f、角速度ω_r，计算d轴电压参考值u_dref、q轴电压参考值u_qref和励磁电压参考值u_fref；

步骤6、将步骤5得到的d轴电压参考值u_dref和q轴电压参考值u_qref进行旋转正交-静止两相变换后得到静止两相坐标系下的α轴电压u_α和β轴u_β，将α轴电压u_α和β轴电压u_β送入SVPWM模块后输出6路PWM信号，6路PWM信号驱动主功率变换器；同时将步骤3得到的速度跟踪误差e_ω和步骤5得到的励磁电压参考值u_fref分别送入PWM模块后输出4路PWM信号，4路PWM信号驱动励磁功率变换器。