[发明专利]交流伺服系统电流环中的电压前馈补偿方法

说明书

本发明涉及一种交流伺服系统电流环中的电压前馈补偿方法，包括以下步骤：通过实验的方法获取隐极式三相交流永磁同步电机的电流i_q和电压u_q的对应关系表；交流伺服系统中速度环输出到q轴的指令电流利用线性插值法在所述电流i_q与电压u_q的对应关系表中查找或计算指令电流对应该的电压值，交流伺服驱动器的电流环中可以加入电压前馈补偿来提升电流环的跟踪响应能力。

技术领域

本发明涉及一种交流伺服系统电流环中的电压前馈补偿方法，尤其是涉及隐极式交流永磁同步电机的交流伺服系统电流环中的电压前馈补偿。

背景技术

交流伺服系统通常由交流伺服电机，功率变换器，速度、位置传感器及位置、速度和电流控制器构成，如图1所示。交流伺服系统是具有电流反馈、速度反馈和位置反馈的三闭环结构，其中电流环为内环，位置和速度环计算的目标输出最终要通过电流环来实现。电流环由电流控制器和逆变器组成，其作用是使交流伺服电机绕组电流实时地跟踪电流指令信号。为了能够快速、精确的控制交流伺服电机的电磁转矩，在交流伺服系统中，需要对交流伺服电机的d、q轴电流进行控制。当交流伺服电机为隐极式交流永磁同步电机时，q轴电流指令来自于速度环的输出，d轴电流指令直接给定为0。将交流伺服电机的三相反馈电流进行变换，得到d、q轴的反馈电流，电流控制器通过反馈电流、实际电流及其他参数，计算得出给定电压，再根据SVPWM算法产生PWM信号，功率变换器根据PWM信号对直流母线电压进行斩波处理，得到所需要的三相电压，最后交流伺服系统将斩波得到的三相电压输出至交流伺服电机，驱动交流伺服电机按照指定的位置、速度和扭矩进行运转。

在当前交流伺服系统的电流环中，实现方法如下：

电流环中有d轴和q轴两个通道，两个通道的实际电流由电流传感器采集的相电流经CLARK和PARK变换而来，变换的数学表达式如下：

其中，i_u和i_v分别是采集所得的U和V相电流，θ_e为电机转子磁极的电角度，i_d是d轴实际电流，i_q是q轴实际电流。

d和q轴的反馈控制的为比例积分调节，数学表达式如下：

其中，和为d和q轴指令电流，在控制对象为隐极式交流永磁同步电机时，E_Id和E_Iq分别为d和q轴电流跟踪误差，k_Idp和k_Iqp分别为d和q轴比例调节系数，k_Idi和k_Iqi分别为d和q轴积分调节系数，和分别为d和q轴反馈调节输出。

正弦波三相永磁同步电机的d、q轴存在相互干涉的旋转电动势，该电动势对i_d和i_q的控制产生不利影响，需要通过解耦控制消除，数学表达式如下：

其中，L_d和L_q分别为电机定子绕组在dq轴上的等效电感，ψ_f为电机永磁体在dq坐标系下的等效磁链，ω_e为转子磁极旋转的电角速度，和分别为d和q轴的解耦电压。

经过反馈调节、反电势补偿和解耦计算，d、q轴的指令电压为

因SVPWM(空间矢量脉宽调制)基于αβ坐标系，需将经逆PARK变换转换至αβ坐标系的指令电压转换方程如下：