[发明专利]基于增量反推控制的机械弹性储能用PMSM控制方法

权利要求书

1.一种基于增量反推控制的机械弹性储能用永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括步骤：

(1)建立以PMSM为驱动机构，涡卷弹簧作为负载的机械弹性储能系统数学模型；

(2)通过引入虚拟控制量q轴和d轴电流，采用反推设计方法及增量控制原理得到增量控制器q轴电压u_q和d轴电压u_d，实现对永磁同步电机的控制；

(3)确定增量反推控制器参数取值范围。

2.根据权利要求1所述的一种基于增量反推控制的机械弹性储能用永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中得到虚拟控制量q轴和d轴电流：

q轴参考电流i_qref为：

式中：J为转动惯量；B为粘滞摩擦因数；φ_f为永磁磁通；n_p为转子极对数；ω_r为转子机械角速度；ω_ref为转子参考机械角速度；k_ω为速度控制器参数；T_L为负载转矩；

d轴参考电流i_dref为：

i_dref＝0 (2) 。

3.根据权利要求1所述的一种基于增量反推控制的机械弹性储能用永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，根据增量控制原理得到q轴电流近似值：

根据增量控制原理，q轴电流的导数可改写为：

其中：u_q为q轴的定子电压；i_d、i_q为d、q轴的定子电流；L为定子电感；R为定子电阻；u_q0、i_q0、i_d0、ω₀分别表示u_q、i_q、i_d和ω_r当前时刻采样值；Δu_q、Δi_q、Δi_d和Δω_r分别表示u_q、i_q、i_d和ω_r的增量，可表示为：

控制量的增量Δu_q直接影响系统，而状态量的增量Δi_q、Δi_d和Δω_r间接影响系统性能，因此状态量的增量一般比控制量的增量慢，故Δi_q、Δi_d和Δω_r比Δu_q小得多。与控制量的增量相比，状态量的影响可以忽略不计；

据此，q轴电流的导数可近似表示为：

。

4.根据权利要求1所述的一种基于增量反推控制的机械弹性储能用永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，q轴电压u_q和d轴电压u_d可表示为：

其中：u_d为d轴的定子电压，u_d0表示u_d当前时刻采样值；Δu_d表示u_d的增量。

5.根据权利要求1所述的一种基于增量反推控制的机械弹性储能用永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中控制器参数需满足条件：

速度环闭环传递函数G_ω(s)为：

式中，k_q为电流控制器参数，k_ω为速度控制器参数；

由式(8)，速度环调节时间t_s可具体写为：

若要求系统调节时间t_s小于时间t_l，可得到电流控制器参数k_q需满足如下条件：

根据式(8)，进一步写出系统超调量σ％为：

若要求系统超调量σ％小于常数c，可得到速度控制器参数k_ω需满足条件：

。