[发明专利]永磁同步电机高性能控制器的PI参数整定方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制系统电流环PI参数整定方法，特别是涉及时域和频域多个性能指标的可视化分析方法，属于电机控制技术领域。

背景技术

永磁同步电机(PMSM)具有高功率密度、高效率和低噪声等优点，在电动汽车领域得到越来越多的应用。电机控制器(又称为电机驱动系统)是电动汽车的“大脑”，对于电机控制器的基本要求有：1)安全可靠，在系统参数变化时系统仍然稳定运行；2)转矩响应快，满足车辆快速起动、超车等要求；3)弱磁电压调节快，适应车辆高速运行。电流环是控制系统的内环，电流采样值通过PI调节器实现对给定值的跟踪。因此提高电机控制器性能，需要整定出最优的PI参数，满足多个性能指标要求。

PI参数的整定方法很多，按照是否通过性能指标来整定PI参数，可以分为两类：第一类方法为直接整定法，通过工程经验或者法则获得PI参数，再求解性能指标来验证PI参数的整定效果；第二类方法为间接整定法，先分析系统的性能指标，再通过给定指标来整定PI参数。

直接整定法主要有：Ziegler-Nichols法、人工手动调节法和典型系统整定法。Ziegler-Nichols法在工程中应用最为广泛，其整定过程为：首先要获取系统的临界频率点信息，然后根据ZN法则得到PI系数。直接整定法存在以下不足：

1)依赖经验值，难以达到期望的性能指标，整定效果较差；

2)无法揭示系统性能指标和参数的变化关系，参数的调试方向未知，需要反复试凑。

间接整定法从系统性能指标出发来整定PI参数。文献“Lidozzi A,Solero L,Crescimbini F,et al.Direct tuning strategy for speed controlled PMSM drives[C]//IEEE International Symposium on Industrial Electronics.2010:1265-1270.”(“速度控制PMSM驱动系统的直接调试策略”，《IEEE工业电子国际研讨会》，2010年第1265-1270页)通过给定开环截止频率和相位裕度来计算PI参数，可以满足期望的动态性能。该方法通过解析式推导裕度和PI参数的关系，运算量较大。文献“Fung H W,Wang Q G,Lee T H.PI Tuning in Terms of Gain and Phase Margins[J].Automatica,1998,34(9):1145-1149”(“一种基于幅值和相位裕度的PI调节方法”，《自动化》，1998年第59卷第9期1145-1149页)首次提出采用图解方法来整定PI参数，避免了解析式法的大量预算。文献“Hamamci S E,Tan N.Design of PI controllers for achieving time and frequency domain specifications simultaneously[J].Isa Transactions,2006,45(4):529-543.”(“同时实现时域和频域性能指标的PI控制器设计”，《Isa Transactions》，2006年第45卷第4期529-543页)给出了期望性能指标和参数的图示关系，同时实现时域和频域性能指标的设计。这些方法存在以下不足：

1)忽略或者近似处理数字化过程中的延时环节，将PMSM驱动系统近似为线性系统，降低了PI参数整定的准确度；

2)针对PMSM控制器，没有一个通用的PI参数整定方法，可以获取满足时域和频域多个性能指标的参数团解，无法完成多目标优化。

发明内容

本发明要解决的技术问题为针对现有技术中存在的需要反复试凑和整定效果差的问题，提供了一种可以兼顾时域和频域多个性能指标的可视化分析方法，得到满足期望指标的全部解，并且指明性能改进的方向，考虑数字化过程中延时的影响，提高PI参数的整定精度。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：

1、一种永磁同步电机高性能控制器的PI参数整定方法，以图解的方式实现系统稳定性和动态性指标的分析和PI参数多目标优化，所述的PI参数包括PI调节器比例项系数K_p和PI调节器积分项系数，其特征在于，包括以下步骤：