[发明专利]一种基于电压前馈补偿策略的永磁同步电机矢量控制方法

说明书

本发明公开一种基于电压前馈补偿策略的永磁同步电机矢量控制方法。该方法首先在同步旋转坐标系下，对永磁同步伺服电机建立相应数学模型。接着采用速度电流双闭环控制的方法，通过电压前馈补偿调节器利用前馈量对永磁同步电机旋转时电压分量中产生的耦合量进行补偿，得到旋转坐标系下的d轴电压和q轴电压，最后通过Park变换、空间矢量脉宽调制技术(Space Vector Pulse Width Modulation，简称SVPWM)以及Clark变换实现对永磁同步电机的良好控制。本发明针对永磁同步电机在高速运转和经常正反转变换等工况下单独利用速度环无法满足系统控制要求的问题，提高了电机系统的控制性能。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，具体的涉及永磁同步电机矢量控制电压前馈补偿方法。

背景技术

由于永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、功率密度高、响应速度快和安全性高等诸多优点等优点，在一些驱动领域已经逐渐取代了直流电机，被广泛地应用于柔性制造系统、风力发电，新能源汽车等诸多场所。因此对永磁同步电机的控制策略具有重要的应用价值。

目前，针对永磁同步电机的控制策略主要包括恒压频比控制、直接转矩控制、非线性智能控制以及矢量控制。恒压频比控制虽然能够获得较大的调速范围，但是不能满足对于高转矩工况的控制需求；直接转矩控制虽然实现简单，但是存在负载能力差、转矩脉动大等缺点；非线性智能控制只能用于中高速工况，不适合应用于电机转速低；矢量控制具有较小的脉动、良好的加速性能、控制精度高，因此在各类电机理论中应用广泛。而当电机因为负载变化时，尤其是在电机高速运转和经常正反转变换的工况下，传统的基于PI调节的矢量控制策略无法满足永磁同步电机的控制需求。因此在矢量控制的基础上，对其作出一定的改进，提高电机控制性能是非常有必要的。

发明内容

针对上述问题，为了克服因为负载变化及其他扰动对电机控制造成的影响，尤其是在高速运转和经常正反转变换的场合中，传统的矢量控制方法无法满足系统控制要求的问题，本发明提供了一种基于电压前馈补偿策略，通过引入电流环，利用电压前馈补偿调节器的前馈量对永磁同步电机旋转时电压分量中产生的耦合量进行补偿，形成电机转速与电机电流的双闭环反馈来提高电机系统的控制性能。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于电压前馈补偿策略的永磁同步电机矢量控制方法，其主要包含以下步骤：

步骤1：本发明基于永磁同步电机相关模型之上，忽略铁损和涡流损耗，在同步旋转坐标系下，永磁同步电机在同步旋转坐标系下的定子电压方程和磁链方程可以表示为：

式中，i_d,i_q,u_d,u_q,L_d,L_q分别为d轴和q轴电流，电压和电感，ω_e为电气角速度，R_s为定子电阻，ψ_f为永磁体磁链。

步骤2：永磁同步电机旋转时的电压分量带有耦合量，通过增加前馈量u_d0＝-ω_eL_qi_q以及u_q0＝ω_eL_di_d+ω_eψ_f的策略，通过将电压前馈量与耦合量相互抵消，从而实现对电机的良性控制。将前馈补偿量带入电压输出方程得：

在将上式带入定子电压方程，可得：

式中，为从电机转矩与电流关系获得的d轴和q轴的参考电流，G_i为调节器增益。