[发明专利]一种基于电压前馈电流反馈控制的永磁同步电机模拟器

说明书

本发明提供了一种基于电压前馈电流反馈控制的永磁同步电机模拟器，其基于电压前馈电流反馈控制的接口算法避免了电流环控制冲突问题，提高了系统的稳定性。本发明的模拟器中，电压前馈提高了系统的动态响应速度，电流反馈提高了系统的跟踪精度，因此，电机模拟器能够同时达到高速性和高精度的目标，能够实现不同功率等级电机的特性模拟，测试灵活，通用性好。

技术领域

本发明涉及电机硬件在环测试技术领域，尤其涉及基于电压前馈电流反馈控制的永磁同步电机模拟器。

背景技术

永磁同步电机的广泛应用对电驱动测试系统提出了更高的要求，传统机械式测试平台由于测试空间需求大、测试周期长、测试费用高、故障配置难等缺点，无法满足测试需求。电机模拟器是一种利用数字仿真和电力电子器件来模拟真实电机特性的仿真测试技术，通过灵活的配置可以实现对不同电机不同工况的模拟，能够大大缩短测试周期、降低测试成本。

接口控制算法作为电机模拟器控制的核心，是电机模拟器能否精确模拟电机端口特性的关键，包括控制方案和控制算法两部分。目前，控制方案大多采用电流环控制，控制算法普遍采用常规PID控制。但是，由于电机控制器一般采用电流环控制，电机模拟器采用电流环控制将带来控制冲突问题，引起系统振荡，影响系统的稳定性。同时，由于控制过程具有非线性、参数时变的特性，采用常规PID控制无法实现对电机特性的精确模拟。

发明内容

为克服上述本领域中尚存在的技术问题，本发明提供了一种基于电压前馈电流反馈控制的永磁同步电机模拟器，包括：

电压采集电路、电流采集电路、实时处理器、功率级变换器、耦合滤波电路；

所述模拟器外接装置包括电机控制器，以及与电机控制器连接的左侧直流电源，以及与所述功率级变换器连接的右侧直流电源，能够形成一完整的电驱动测试系统；

其中，所述实时处理器由永磁同步电机模型模块、接口控制算法模块、SVPWM调制模块组成；所述接口控制算法模块由电压前馈环节的接口电路模型模块，电流反馈环节的比较器、模糊PI控制器，以及加法器组成；

电压采集电路和电流采集电路分别用于实时采集与所述模拟器连接的电机驱动器所输出的三相电压和电流，并输入至所述实时处理器；所采集的电压输入所述永磁同步电机模型模块，处理得到期望输出电流，经比较器与电流采集电路所采集的电流比较后，将电流差值输入至所述模糊PI控制器；

所述电机驱动器所输出的三相电压和电流信号还经过依次连接的耦合滤波电路、功率级变换器、右侧直流电源；所述耦合滤波电路用于避免左、右两电压源型变换器直接并联带来的电流不均衡问题；

所述模糊PI控制器基于所述电流差值计算得到调整电压，并输入所述加法器；所述接口电路模型基于由所述永磁同步电机模型模块输出的期望输出电流，计算并输出期望输出电压并前馈至所述加法器；所述加法器将所述调整电压与所述期望输出电压代数求和输出最终控制电压，并输入至所述SVPWM调制模块；

所述SVPWM调制模块输出调制电压信号，实现对功率级变换器的控制；同时，实时处理器中的永磁同步电机模型模块将输出的电机转速、转角等信息实时反馈回电机控制器。

进一步地，所述耦合滤波电路采用L型电路，其相电感值的大小等于永磁同步电机的平均相电感值，相电阻值的大小等于永磁同步电机的相电阻值。

进一步地，所述功率级变换器采用三相两电平电压源型变换器，通过精确地控制三相输出电压实现对三相电流的模拟跟踪。

进一步地，所述实时处理器可采用软件、FPGA板卡、嵌入式系统等多种不同的形式实现，从而能够提供较好的设计灵活性。

进一步地，所述接口电路模型是基于三相定子坐标系下接口电路的电压方程，并进行坐标变换得到d-q坐标系下的形式：

所述三相定子坐标系下接口电路的电压方程为：