[发明专利]一种永磁同步电机相电流无时滞观测方法及装置

说明书

本发明实施例涉及一种永磁同步电机相电流无时滞观测方法及装置，用于消除控制系统电流采样计算过程产生的电流反馈滞后延时。该种电流观测方法依据永磁同步电机电压控制方程建立电流观测模型，得到无时滞的电流反馈信号，进而提高控制系统电流反馈速度，提高控制系统的响应能力。

技术领域

本发明主要是针对永磁同步电机的电流无时滞观测方法，是一种基于永磁同步电机电压控制方程的电流观测方法，该方法及装置可以有效消解决永磁同步电机电流采样计算延时问题，提高控制系统电流环响应速度。

背景技术

交流伺服系统的驱动控制过程采用脉宽调制器控制产生幅值相等、脉冲宽度不相等的脉冲序列波，用以驱动永磁同步电机旋转，脉冲信号的输出一般依据电流指令、速度指令或位置指令进行计算。对电流指令直接控制构成电流闭环，电流反馈值用于电流闭环的计算，最终输出的控制电压转换为脉宽调制波形。对速度指令控制，反馈速度输入速度闭环，经过计算得到电流指令输入电流反馈闭环，在电流闭环内计算得到控制电压并转换为脉宽调制波驱动永磁同步电机旋转。对位置指令控制，反馈位置输入位置闭环回路进行计算，得到速度指令值，进入速度闭环进行计算，进而得到电流指令值，进入电流闭环进行计算，最终输出控制电压值，转换为脉宽调制波形驱动永磁同步电机旋转。从上面位置、速度、电流的伺服控制流程可知，电流环是控制系统的最内环，位置环、速度环计算后最终都要输入到电流环进行电压控制方程计算，因此电流环是控制系统的核心，电流反馈环节是电流闭环结构的重要组成部分，电流反馈的实时性决定着控制系统电流环的响应特性，常规的交流伺服控制系统的电流采样计算时序分析如图1所示，包括：程序启动①处，首先读取上一个控制周期的电流AD(模数转换器)值，然后再次启动AD，此时，利用该值计算得到的电流值滞后了一个控制指令周期，在该控制周期内使用滞后一个控制周期的电流值i_n-1计算下个控制周期的电压矢量值U_n+1。在程序末尾②处执行空间矢量2->3变换，此时，空间电压矢量的计算又滞后一个控制周期。由反馈电流计算过程可知，电流值由模数采集到最终的脉宽调制波输出共延时了两个控制周期。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种永磁同步电机相电流无时滞观测方法及装置，旨在消除电流反馈滞后问题，提高控制系统电流环响应能力。

为实现上述目的，本发明包含以下步骤：

(1)建立永磁同步电机数学模型，得到d-q电压指令输出方程；

(2)将永磁同步电机三相反馈电流进行空间矢量坐标变换，得到d-q轴反馈电流；

(3)建立永磁同步电机相电流观测模型。

作为优选，所述的步骤(1)，通过以下方法实现：

永磁同步电机数学模型如式(1)所示：

式中：U_d、U_q为d轴和q轴定子电压指令；L_d、L_q为d轴和q轴等效电感；R_s为定子电阻；ω_e为电角速度；为转子磁链；i_d、i_q为d轴和q轴定子反馈电流。

作为优选，所述的步骤(2)，通过以下方法实现：

从永磁同步电机三相采集三相相电流模拟量，通过模数转换，得到三相反馈相电流数字量i_u、i_v、i_w，经过空间矢量坐标变化得到d-q轴反馈电流i_d、i_q如式(2)所示：

式中：θ_e为永磁同步电机转子电角度。

作为优选，所述的步骤(3)，通过以下方法实现：