[发明专利]一种电机模拟器的非线性电流模拟及鲁棒控制方法

说明书

一种电机模拟器的非线性电流模拟及鲁棒控制的方法，a、将经传感器采集获得的被测电机控制器的三相电压进行坐标变换得到dq轴电压，建立电机模型状态方程；b、求取前馈控制环节的前馈电压U_f；c、求取电机模拟器的状态反馈输出电压U_LQR＝K·i_err；d、求取扰动观测器输出电压e、求取电机模拟器最终目标输出电压通过电压调制策略对功率放大单元的高频开关实现对电机模拟器非线性电流的模拟和控制。本发明具有实际电机模拟器中耦合网络参数发生摄动和电机转速变化时，仍然能够保证电机模拟器的稳定性和鲁棒动、静态性能的有益效果。

技术领域

本发明涉及用于电机控制器测试的电机模拟器的电流模拟及控制方法，详细讲是一种当实际电机模拟器中耦合网络参数发生摄动和电机转速变化时，仍然能够保证电机模拟器的稳定性和鲁棒动、静态性能的电机模拟器的非线性电流模拟及鲁棒控制方法。

背景技术

电机模拟器系统正广泛应用于电力系统和工业生产测试的各个领域，如电网测试、轨道交通电驱系统测试以及面向新能源汽车电机控制器的测试等。电机模拟器系统通常包含传感器系统、耦合网络、功率放大单元、和电流模拟及控制器，电流模拟及控制器运行于高速FPGA处理器内，其包括电机模型、电流控制算法和电压调制策略三部分，传感器系统通常存在参数漂移和噪声，功率放大系统的器件通常存在由于器件压降和开关死区造成的非线性特性引起的外界扰动，耦合电感网络通常存在电感值参数的散差和漂移，这就会导致电流模拟及控制器的电流控制算法电流跟踪效果恶化。

为了保证电流模拟及控制器电流跟踪效果，通常电流控制算法需要采用闭环控制跟踪的方法，现有电机模拟器内部电流闭环控制算法大多为基于PI控制器负反馈算法，即分别对dq轴电流或UVW三相电流进行闭环控制，本质上为通过经典控制理论实现对电机模拟器系统稳态误差的消除和动态性能的分析，该方法不基于实际物理系统的模型和参数，因此无法实现动态性能的最优，且其仅依靠工程师现场对PI参数的调整和测试实现系统控制性能的达标，对工程人员本身现场经验要求较高，此外，当电机转速变化和耦合网络参数摄动时无法保证系统动、静态性能的统一。现有电流模拟及控制算法的评估和验证大多基于时域电流跟踪性能，而未从频域对电机模型带宽指标进行动态分析，从而导致无法得到不同电机转速变化和耦合网路参数摄动时电流控制算法的量化设计目标。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种当电机模拟器中耦合网络参数发生摄动和电机转速变化时，仍然能够保证系统的稳定性和鲁棒动、静态性能，实现动态性能的最优和降低现场工程师的调试工作量的电机模拟器的非线性电流模拟及鲁棒控制方法。

本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：

一种电机模拟器的非线性电流模拟及鲁棒控制的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤a、将经传感器采集获得的被测电机控制器的三相电压进行坐标变换得到dq轴电压，根据电机模型状态方程：将dq轴电流i_m作为电机模型状态方程的状态量和输出量，dq轴电压U_m作为电机模型状态方程的输入，根据公式：将电机磁链引起的反电势与q轴电感的比值ξ_m作为电机模型状态方程的非线性扰动输入；电机模型的定子电阻、dq轴电感以及电频率转速作为电机模型状态方程参数；

步骤b、根据前馈控制环节的电压计算公式：计算得到电机模拟器的前馈电压U_f；

步骤c、采用LQR最优控制算法，基于公式

计算出多输入多输出的电机模拟器的状态反馈矩阵K，电机模拟器的状态偏差与状态反馈矩阵K相乘得到电机模拟器的状态反馈输出电压，U_LQR＝K·i_err；

步骤d、采用计算公式为：