[发明专利]一种基于标幺值设计的永磁同步电机伺服控制方法

摘要

本发明属于电机伺服控制技术领域，具体涉及一种基于标幺值设计的永磁同步电机伺服控制方法。这种方法采用标幺值设计方法和矢量控制系统对永磁同步电机的各物理量和电机参数进行标幺化处理，通过标幺值使各种容量的电机物理量进行归一化；在电机伺服控制方法中采用转子磁场定向矢量控制技术，外环为位置环，其输出作为转速环的指令值；转速环的反馈量为速度传感器的采样值，其输出为电机电磁转矩的指令值；内环是d轴和q轴的两个电流调节器，根据矢量算法得到相应的脉宽调制策略，来控制逆变器发出期望的电压，驱动电机产生相应的电磁转矩，实现对电机转速和位置等的精确控制，从而实现位置控制模式、转速控制模式、转矩控制模式。

主权项

一种基于标幺值设计的永磁同步电机伺服控制方法，其特征在于：采用标幺值处理和矢量控制：⑴对永磁同步电机的各物理量和电机参数进行标幺化处理，通过标幺值使各种容量的电机物理量进行归一化；在星型接法的交流永磁同步电机中，电压、电流的基准值UB、IB选取为相电压及相电流额定值的幅值，频率的基准值选取为电机的额定频率ωB，uB为输出电压的瞬时值，其他的标幺值如下：磁链的基值：时间的基值：电阻的基值：感抗和容抗的基值同电阻的基值，功率的基值：PB＝UB·IB，转矩的基值：机械惯量的基值：⑵在电机伺服控制方法中采用转子磁场定向矢量控制技术，首先确定坐标系，常用的三种坐标系：静止三相坐标系(a‑b‑c)，静止两相坐标系(α‑β)，同步旋转坐标系(d‑q)；其中静止三相坐标系的三个坐标轴分别为a‑x、b‑y、c‑z三相绕组的轴线，正方向为在a、b、c三相绕组中分别通入正向的直流电时所产生的磁场方向；静止两相坐标系的α轴和a轴重合，把α轴逆时针旋转90度即得到β轴；坐标系设置在转子上，相对于定子以同步频率在旋转，同步旋转坐标系中d轴相对于α轴的角度记为θ，其旋转速度为转子电角速度ω，同步旋转坐标系的d轴定向在转子永磁体产生的磁场幅值处；⑶在电机伺服控制方法中采用转子磁场定向矢量控制技术，其中涉及的基本物理方程包括：①电机定子绕组为星形(Y型)连接时，定子三相绕组的电压方程为：ua=R·ia+dψsadtub=R·ib+dψsbdtuc=R·ic+dψscdt]]>R为定子绕组的相电阻，ua、ub、uc为定子三相绕组的相电压值，ia、ib、ic为定子三相绕组的相电流值，ψsa、ψsb、ψsc为与定子三相绕组交联的磁链瞬时值；②永磁同步电机的定子电压方程为：③永磁同步电机产生的电磁转矩为：Tem＝pnψdiq+pn(Ld‑Lq)idiq；④在转子磁场定向的同步旋转坐标系(d‑q)下，当永磁体产生的磁链和直、交轴电感确定后，电机的电磁转矩取决于定子电流的空间矢量is＝id+jiq；⑷在电机伺服控制方法中采用转子磁场定向矢量控制技术，确定了坐标系和基本物理方程后的主要步骤是：①通过安装在永磁同步电机转子上的机械传感器测量磁链位置；②通过位置传感器采样得到磁链位置的反馈量，结合其给定值进行比例计算，输出转速信号，作为转速环的指令值；③通过速度传感器采样得到转速的反馈量，经过转速调节器比例积分运算，得到电机的电磁转矩，作为电机电磁转矩的指令值输出；④按照id＝0的电流控制策略，结合步骤⑶中的方程，计算得到d轴和q轴电流的指令值；⑤通过电流传感器采样得到电流的反馈量，结合d轴和q轴电流的指令值，经过d轴和q轴的两个电流调节器，计算得到d、q轴电压的指令值；⑥根据矢量算法得到脉宽调制策略，控制逆变器发出期望电压，驱动电机产生电磁转矩，实现对电机转速和位置的精确控制。