[发明专利]基于复矢量形式的感应电机弱磁控制器归一化设计方法

说明书

基于复矢量形式的感应电机弱磁控制器归一化设计方法，它属于电机控制技术领域。本发明解决了传统基于电压闭环的弱磁控制器的参数选取割裂于电流调节器的设计，以及不适当的弱磁控制器参数选取会造成系统震荡甚至失稳的问题。本发明重新设置电压给定和电压反馈，在系统运行于弱磁二区的动态调节过程中，转速调节器输出达到限幅值，二区弱磁控制器的输出将决定转矩电流给定。利用复矢量形式的电压反馈和电压给定，得到给定与反馈的关系，从而获得基于复矢量形式的弱磁闭环结构。在忽略反电动势及等效为单位负反馈闭环结构的条件下，设计弱磁控制器为PI结构，并对系统响应进行校正。本发明可以应用于感应电机弱磁控制器归一化设计。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种基于复矢量形式的感应电机弱磁控制器归一化设计方法。

背景技术

感应电机由于其高可靠性、经济性、强鲁棒性而得到了广泛关注。由感应电机与变频器组成的驱动系统已大量应用于工农业自动化生产、现代交通运输、智能家居等领域。根据当前工业需求，扩展感应电机运行范围，提升其最高运行频率并优化高频运行性能已经成为感应电机研究中的一个重要分支。在数控机床主轴驱动系统中，以高速钻孔攻牙机应用为例，考虑提升攻丝钻孔的表面光洁度，工件加工时主轴电机需快速达到20000转/分以上，而常规电机的额定转速往往只能达到3000转/分，此时就需要通过减弱额定磁场以突破额定转速限制，即弱磁升速控制。在感应电机的电动汽车应用中，为了提升人们乘坐的舒适度与安全系数，需要在汽车遇到较大阻碍或爬坡时有足够的动力跨过障碍或越过山坡，这就需要电机在高速运行过程中有足够的转矩输出能力与动态响应速度。这些高性能控制场合要求在电机高频运行时，充分利用电压电流极限拓展转速范围，并进一步提升最大转矩输出能力，保持良好的静动态性能。

目前，基于电压闭环的弱磁控制策略能够在电压、电流、转差率等多重约束下，实现电机转矩最大化输出，同时具备参数敏感性低的优点，已被广泛应用于感应电机高速控制系统中。然而，针对决定系统弱磁程度的弱磁控制器参数选取问题，目前仍未有完整、明确、具体的理论设计指导。在基于电压闭环的弱磁控制系统中，弱磁实现需要电流调节器的输出电压指令，使得电压环与电流环耦合，有别于传统意义上的级联结构。因此，传统基于电压闭环的弱磁控制器的参数选取依据控制器的输入与输出关系进行设计，没有提出明确的弱磁环结构，参数选取割裂于电流调节器的设计，系统性能未得到归一化的设计。此外，不适当的弱磁控制器参数会造成系统震荡甚至失稳问题。因此，需要进一步研究感应电机弱磁控制器参数的设计问题，以确保控制系统良好的静动态性能。

发明内容

本发明的目的是为解决传统基于电压闭环的弱磁控制器的参数选取割裂于电流调节器的设计，导致系统整体性能未得到归一化的设计，以及不适当的弱磁控制器参数选取会造成系统震荡甚至失稳的问题，而提出了一种基于复矢量形式的感应电机弱磁控制器归一化设计方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：基于复矢量形式的感应电机弱磁控制器归一化设计方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、重新设置基于电压闭环的感应电机弱磁控制模型中的电压给定和电压反馈，根据重新设置的电压给定和电压反馈获得基于归一化弱磁控制器的电压闭环控制模型；

在基于归一化弱磁控制器的电压闭环控制模型中，定义由电压约束条件决定弱磁给定的控制器为弱磁控制器I，弱磁控制器I位于电压环I中；定义由最大转差率条件决定转矩给定的控制器为弱磁控制器II，弱磁控制器II位于电压环II中；

步骤二、在电压环I中，电压给定为电压反馈为其中为弱磁电压给定，为复矢量电流调节器输出的q轴电压指令；

在电压环II中，电压给定为电压反馈为其中为复矢量电流调节器输出的d轴电压指令；