[发明专利]用于电机控制系统的电流调节器及电机控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种用于电机控制系统的电流调节器以及一种具有该电流调节器的电机控制系统。

背景技术

典型的电机控制系统里往往需要电流调节器来控制流过电机定子绕组的电流大小，从而达到控制电机的转矩的目的。电流调节器一般位于整个控制系统的内环即电流环，需要满足响应速度快、超调小等要求，一般其带宽至少为外环控制器的5倍以上。

工业系统中，应用最为广泛的电流调节器一般为PI(Proportional Integral，比例积分)调节器，即电流给定值与反馈值的差值通过比例放大及积分之和作为输出。PI调节器基本能满足电流调节器对响应速度及控制误差的要求，但在直流母线电压固定的情况下，电机控制系统中的逆变器输出电压受限制。随着频率升高，逆变器输出电压不能满足电机端电压需求，PI调节器反馈值无法跟踪输入值，其积分器输出一直处于累加状态，这时电流调节器输出电压指令超过逆变器实际可输出最大电压值，处于饱和状态；而当频率降低时，由于积分器的数值很大，需要较长时间才能使得电流调节器输出电压调节至可调区域，从而极大地影响了电流调节的响应速度，造成电机运行不稳定。

发明内容

本申请是基于发明人对以下问题和事实的认识发现作出的：

相关技术中，是通过采取抗饱和控制器来解决电流调节器饱和问题的。几种常见的抗饱和控制器为条件积分(Conditional Integrator)控制器、限制积分(Limited Integrator)控制器以及跟踪抗饱和(Tracking anti-windup)控制器。

发明人在研究和实验时发现，采用以上几种抗饱和控制器虽然能一定程度上解决电流调节器的饱和问题，但在电机参数不准，尤其是电机dq轴电感参数发生变化时，电流调节器输出电压无法准确补偿交叉耦合项，从而造成矢量控制解耦失效，影响电机的动静态性能，使得电机不能稳定运行，可靠性降低。

为此，本发明的一个目的在于提出一种用于电机控制系统的电流调节器，该电流调节器不但具有抗饱和的特性，而且具有电机参数鲁棒性，从而可避免电机参数变化而造成的解耦失效问题。

本发明的另一个目的在于提出一种电机控制系统。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出的一种用于电机控制系统的电流调节器，包括：d轴PI调节器，所述d轴PI调节器根据d轴电流误差信号获得d轴初始参考电压指令信号q轴PI调节器，所述q轴PI调节器根据q轴电流误差信号获得q轴初始参考电压指令信号d轴抗饱和补偿装置，所述d轴抗饱和补偿装置根据d轴电压误差信号获得d轴抗饱和补偿电压信号q轴抗饱和补偿装置，所述q轴抗饱和补偿装置根据q轴电压误差信号获得q轴抗饱和补偿电压信号d轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置，所述d轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置根据所述q轴电流误差信号所述q轴电压误差信号和电机的反馈转速ω_r获得d轴交叉耦合项补偿电压q轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置，所述q轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置根据所述d轴电流误差信号所述d轴电压误差信号和所述电机的反馈转速ω_r获得q轴交叉耦合项补偿电压其中，所述d轴初始参考电压指令信号所述d轴交叉耦合项补偿电压和所述d轴抗饱和补偿电压信号进行叠加以及所述q轴初始参考电压指令信号所述q轴交叉耦合项补偿电压和所述q轴抗饱和补偿电压信号进行叠加以通过所述电流调节器分别输出当前控制周期的d轴电压参考信号和q轴电压参考信号

根据本发明实施例的用于电机控制系统的电流调节器，通过dq轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置以及dq轴抗饱和补偿装置使得电流调节器具有对电机参数变化的鲁棒性及抗饱和性能，其中，dq轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置取代dq轴电流相关项的直接补偿，从而消除对电机互感参数的依赖，而dq轴抗饱和补偿装置在电机控制系统的逆变器输出电压限幅时起到抗饱和作用，避免PI调节器进入饱和状态而限制电机的动态控制性能。因此，本发明实施例的用于电机控制系统的电流调节器不仅具有抗饱和的特性，避免电机高速运转时由于逆变器输出电压限幅而达到积分饱和的状况，还具有对电机参数的鲁棒性，避免由于电机参数不准造成交叉解耦项补偿错误而引起的解耦失效问题，保证电机稳定运行，有效地提高电机控制系统的可靠性和稳定性。