[发明专利]一种永磁同步直线电机电流控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种永磁同步直线电机电流控制方法及系统，属于电机伺服及控制领域，包括：计算dq坐标系下电机的正负序电流指令值；将电机中的三相绕组等效为通入了相同相位的正序电流和相反相位的负序电流的实际三相绕组和虚拟三相绕组，并根据正负序电流指令值计算这套三相绕组的三相电流指令值；将虚拟三相绕组的三相电流指令值作为其三相电流反馈值，根据两套三相绕组的三相电流反馈值分离得到电机的正、负序三相电流，并根据分离结果计算正、负序三相控制电压后，转换为两套三相绕组的三相控制电压；对实际三相绕组的三相控制电压进行SVPWM调制，得到用于驱动电机逆变器中开关的驱动信号。本发明能够提高正、负序电流的动态响应和稳态性能。

技术领域

本发明属于电机伺服及控制领域，更具体地，涉及一种永磁同步直线电机电流控制方法及系统。

背景技术

随着超高速切削、超精密加工、多轴联动等一系列先进加工制造技术的快速发展，机械加工对机床的性能要求越来越高。相比于传统的“旋转电机+滚珠丝杠”传动方式，直线电动机取消了电动机与工作台的机械机构，从而可以实现直接驱动的高速响应，减小了机械摩擦，提高了机床的精度。高性能机床采用直线电机驱动已经成为趋势。

为了确保控制精度要求和性能要求，直线电机的控制系统中普遍采用双环控制系统，包括电流内环和速度外环，可以实现励磁和推力的解耦，进行矢量控制，既可以抑制电流的波动又可以实现速度的快速跟踪。

永磁游标直线电机具有高推力密度的特点，但是由于存在直线电机两端开断的特殊结构导致端部效应、电机三相不对称，采用传统的三相电流对称的控制方法将会造成电机电磁推力的波动，控制器很难达到精准的控制要求。由于三相不对称问题的存在，为了实现输出平稳推力，需要在电机的三相电流中注入正序电流和负序电流，从而实现消除电机电磁推力波动的效果。但是，这种注入正序电流和负序电流的控制方法，在控制过程中需要提取正序电流。在dq坐标系下为了提取正序电流需要加入滤波器，这将导致电流控制带宽降低的问题。

在申请公布号为CN 110707972 A的专利文件中，公开了一种永磁游标直线电机的控制方法，该方法包括：根据电机的反电势特性以及速度控制器的输出信号，计算dq坐标系下的参考电流正序分量和参考电流负序分量；将所述dq坐标系下的参考电流正序分量和参考电流负序分量进行Park反变换到两相静止αβ坐标系下；所述αβ坐标系下的参考电流正序分量和参考电流负序分量与电机电流作差产生的电流误差信号，经过VPI控制器输出，通过SVPWM产生逆变器开关的开关信号。其中，VPI控制器的传递函数为：

上式中，K_p、K_i、K_pr、K_ir、ω_c、ω₀为预设的VPI控制器参数，ω₀＝电角速度ω频率处设置谐振点，ω_c为谐振频率。

总的来说，采用传统方法对正序和负序电流进行闭环控制需要在正序和负序坐标系下采用低通滤波器提取正序和负序电流，降低了电流控制带宽，或者在固定坐标系下采用电流谐振控制器，导致控制器对电机运行速度采样精度要求提高，且需要对谐振控制器的多个参数K_pr、K_ir、ω_c、ω₀进行设计以保证控制器性能，增加了设计难度。以上问题都导致无法准确、稳定地在电机三相绕组中同时注入正序电流和负序电流，电流控制精度有待进一步提高。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种永磁同步直线电机电流控制方法及系统，其目的在于，提高永磁同步直线电机的正、负序电流的动态响应和稳态性能。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种永磁同步直线电机电流控制方法，包括：在每一个控制周期，按照如下步骤进行电流控制：