一种基于占空比修正的永磁同步电机无差拍控制策略

1.本发明涉及永磁同步电机无差拍控制技术领域，尤其涉及一种基于占空比修正的永磁同步电机无差拍控制策略。


背景技术：

2.永磁同步电机无差拍控制的基本原理是：先采取当前时刻的电流值，再结合电机的电压预测模型，预测出下一时刻作用在控制系统上的期望指令电压，然后通过svpwm调制方法产生开关信号传递给逆变器，这样可以保证实际输出电流能无差拍快速跟踪上参考电流。
3.无差拍控制相比于传统的pi控制不需要复杂的电流内环控制参数，且动态性能好，可以实现对指令信号无超调的快速跟踪，但同时也存在需要精确的数学模型、脉宽调制占空比更新延迟等问题，电机参数失配会影响控制系统的性能甚至导致系统不收敛。当前时刻计算得到的占空比在下一时刻才能作用，导致了一拍延时的问题，需要两个周期电流才能跟随给定。目前已有使用在pwm载波计数顶点更新占空比的方法将电流控制延时缩短至1.5个控制周期，以及采用在一个载波周期内定子电流双次采样占空比双更新策略，提升系统的动态响应性能，但上述方法都没有对占空比计算至占空比作用的半个周期的延时进行补偿。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提供一种基于占空比修正的永磁同步无差拍控制策略，通过占空比修正的方式对占空比计算至占空比作用的半个周期的延时进行补偿，并且将电流跟踪缩短至1.5个周期。此种控制方式在pwm载波计数顶点利用占空比修正等式计算获得修正占空比值，而不是通过模型预测获得，降低了系统的参数依赖性，使控制系统更简单。此种控制方式提升了永磁同步电机驱动系统的动态响应性能，增强了其鲁棒性，并且使电流能在1.5个周期内快速准确跟踪上给定电流。
5.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
6.一种基于占空比修正的永磁同步电机无差拍控制策略，通过在pwm载波计数顶点更新占空比的方式将电流跟踪缩短至1.5个周期，并在后半个周期采用基于占空比修正的方式对pwm下一个载波周期计数初始时更新的占空比进行修正计算，从而实现1.5个周期电流的快速准确跟踪，所述方案的实现步骤如下：
7.步骤1)，在kts时刻对永磁同步电机的相电流进行采样ik，并结合永磁同步电机的电压预测模型计算得到占空比d(k 0.5)；
8.步骤2)，在(k 0.5)ts时刻更新占空比d(k 0.5)；
9.步骤3)，在(k 0.5)ts时刻对永磁同步电机的相电流进行采样i
k 0.5
，利用占空比修正等式，结合ik、d(k)以及d(k 0.5)预测得到(k 1)ts时刻的电流i'
k 1
；
10.步骤4)，根据预测的电流i'
k 1
得到(k 1)ts时刻装载的修正占空比d(k 1)；
11.步骤5)，在(k 1)ts时刻更新占空比d(k 1)；
12.步骤6)，重复步骤1)至步骤5)，使得电机电流快速准确跟踪上给定电流。
13.作为本发明一种基于占空比修正的永磁同步电机无差拍控制策略，所述步骤1)中电机相电流通过霍尔电流传感器采样得到。
14.作为本发明一种基于占空比修正的永磁同步电机无差拍控制策略，所述步骤1)中电压预测模型的电机励磁电流分量id和电机电磁转矩电流分量iq采用坐标变换法解耦计算得到。
15.作为本发明一种基于占空比修正的永磁同步电机无差拍电流控制策略，所述步骤1)中电压模型预测得到的指令电压信号通过svpwm调制策略得到占空比，即得到开关器件的开关信号。
16.作为本发明一种基于占空比修正的永磁同步电机无差拍控制策略，所述步骤3)中所提占空比修正等式本质为对应时间段电流变化量与占空比值的比例相等，基于此可获得预测电流值以及修正占空比值。
17.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
18.1.通过占空比修正的方式对占空比计算至占空比作用的半个周期延时进行补偿。
19.2.在pwm计数顶点利用占空比修正等式计算获得修正占空比值，而不是通过模型预测获得，降低了系统的参数依赖性，使控制系统更简单。
20.3.一个载波周期内定子电流双次采样占空比双更新，电流能在1.5个周期内快速准确跟踪上给定电流，提升系统的动态响应性能。
附图说明
21.图1为本发明控制系统结构框图。
22.图2为本发明时序控制图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
24.本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。
25.如图1所示，为控制系统结构框图，本发明公开了一种基于占空比修正的永磁同步电机无差拍控制策略，用无差拍控制取代传统的pi控制，提升了系统的动态响应性能，使电流能够快速准确跟随给定。传统无差拍控制原理为：首先将采样得到的电流经过坐标变换法解耦计算得到电机励磁电流分量id和电机电磁转矩电流分量iq，再利用电压预测模型计算得到指令电压值，指令电压值通过svpwm调制策略得到占空比值，即开关器件的开关信号，作用于逆变器。传统无差拍控制不可避免的存在参数依赖性高、占空比更新延迟等问题。
26.在传统无差拍控制的基础上，本发明提出一种基于占空比修正的永磁同步电机无差拍控制策略，解决了前述参数依赖性高、占空比更新延迟问题。通过在pwm载波计数顶点更新占空比的方式将电流跟踪缩短至1.5个周期，并在pwm载波计数顶点利用占空比修正等
式计算获得占空比修正值，在下一载波周期初始时装载修正后的占空比，实现电流的1.5个周期快速准确跟踪，所述方案的实现步骤如下：
27.步骤1)，在kts时刻对永磁同步电机的相电流进行采样ik，并结合永磁同步电机的电压预测模型计算得到占空比d(k 0.5)；
28.步骤2)，在(k 0.5)ts时刻更新占空比d(k 0.5)；
29.步骤3)，在(k 0.5)ts时刻对永磁同步电机的相电流进行采样i
k 0.5
，利用占空比修正等式，结合ik、d(k)以及d(k 0.5)预测得到(k 1)ts时刻的电流i'
k 1
；
30.步骤4)，根据预测的电流i'
k 1
得到(k 1)ts时刻装载的修正占空比d(k 1)；
31.步骤5)，在(k 1)ts时刻更新占空比d(k 1)；
32.步骤6)，重复步骤1)至步骤5)，使得电机电流快速准确跟踪上给定电流。
33.步骤1)中相电流通过霍尔电流传感器采样得到。
34.步骤1)中电压预测模型的电机励磁电流分量id和电机电磁转矩电流分量iq采用坐标变换法解耦计算得到。
35.步骤1)中电压模型预测得到的指令电压信号通过svpwm调制策略得到占空比，即得到开关器件的开关信号。
36.步骤3)中所提占空比修正等式本质为对应时间段电流变化量与占空比值的比例相等，基于此可获得预测电流值以及修正占空比值。
37.图2为基于占空比修正的永磁同步无差拍控制策略的时序控制图。对应于时序控制图中的各个时间点的具体操作如下：
38.·
kts时刻：根据永磁同步电机的电压预测模型，离散化后可得到公式(1)，基于此，结合该时刻采样得到的电机电流和转速信息，可计算得到指令电压ud(k 0.5)与uq(k 0.5)，从而计算得到当前载波周期计数顶点时刻装载的占空比d(k 0.5)；
[0039][0040]
·
(k 0.5)ts时刻：
①
.更新占空比d(k 0.5)；
[0041]
②
.根据该时刻采样得到的电流、d(k)和d(k 0.5)，以电机a相电流为例可以按照公式2预测得到(k 1)ts时刻的电流i
′a(k 1)；
[0042][0043]
③
.根据求得的i
′
(k 1)按照公式3修正ts时刻作用的指令电压ud(k 1)和uq(k 1)，即可得到修正后的(k 1)ts时刻装载的占空比d(k 1)。
[0044][0045]
其中i
aref
为电机a相电流给定值。
[0046]
·
(k 1)ts时刻：
①
.更新占空比d(k 1)；
[0047]
②
.同理类似地按照公式1计算，计算得到指令电压ud(k 1.5)与uq(k 1.5)，计算得到占空比d(k 1.5)。
[0048]
本发明一种基于占空比修正的永磁同步电机无差拍控制策略，能够通过占空比修正的方式对占空比计算至占空比作用的半个周期的延时进行补偿，并且将电流跟踪缩短至1.5个周期。此种控制方式提升了系统的动态响应性能，增强了其鲁棒性，并且使电流能在1.5个周期内快速准确跟踪上给定电流。同时，此种控制方式在pwm载波计数顶点利用占空比修正等式计算获得修正占空比值，而不是通过模型预测获得，简化了算法，降低了系统的参数依赖性，使控制系统更简单。
[0049]
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0050]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。