[发明专利]一种混合励磁同步电机电流PI控制器结构及参数设计方法

说明书

本发明公开了一种混合励磁同步电机的电流PI控制器结构及参数计算方法，属于混合励磁同步电机领域。一种带前馈的耦合PI控制器结构，控制器的参数通过对降阶混合励磁同步电机模型的传递函数矩阵利用零极点对消方法整定；解决了传统PI电流控制器无法实现混合励磁同步电机电流解耦控制以及未充分利用模型、调节性能差的问题；也解决了控制器待设计参数众多、整定困难的问题；基于本发明的混合励磁同步电机电流PI控制器可实现对混合励磁同步电机电流的完全解耦控制，且参数设计简便可靠。

技术领域

本发明涉及混合励磁同步电机领域，具体涉及一种混合励磁同步电机的电流PI控制器结构及参数设计方法。

背景技术

永磁同步电机由于其高功率密度、高转矩密度以及优异的动态性能而被广泛应用于交流驱动领域，但传统永磁同步电机因磁场调节困难和永磁退磁风险导致运行区域受限；混合励磁同步电机将电励磁引入到传统永磁同步电机，其磁场调节方便可靠，十分适合航空航天、电动汽车等宽速域应用场合。

基于同步旋转坐标系的双闭环矢量控制方法被广泛的应用于电机驱动控制领域，其电流内环的控制响应直接影响电机驱动系统的调速性能；比例积分(PI) 控制器由于其结构简单，易于实现的特点仍是工业电机控制器的主要选择，而合适的PI控制器参数决定着电流环调节性能，其参数整定方法已有大量研究。其中，零极点对消法作为一种PI控制器参数整定算法，其通过将电机反电势视作外环扰动而把电机模型等效为一阶阻感负载，得到控制器及被控电机串联的闭环函数后，以整定系统为一阶稳定系统为目的，通过选择系统带宽来整定PI 控制器参数，设计过程简单有效。

传统的PI控制器可以有效地应对永磁同步电机的电流调节需求，而对于高阶、强耦合的混合励磁同步电机系统的电流调节能力不足，因为其无法抵消混合励磁电机中由于电枢电流和励磁电流耦合带来的系统极点，进而导致其电流调节抗扰性能差。同时，由于混合励磁同步电机被控电流维数增加，导致电流控制器待设计参数众多，整定困难。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种混合励磁同步电机的电流PI控制器结构及参数设计方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种混合励磁同步电机的电流PI控制器结构，包括：

参考电流与实际采样电流的误差e，输出为电压给定u^*，所述电压给定u^*：

其中，u^*_d，u^*_q，分别代表d轴，q轴和励磁电压给定；e_d，e_q，e_f分别代表d轴，q轴和励磁电流给定与采样的差，A为误差计算矩阵，D为前馈补偿向量；

前馈计算部分D用于解耦转速波动带来的反电势扰动，其数学表达形式如下：

D＝[-ω_eL_qi_q ω_e(ψ_f+L_di_d+Mi_f) 0]^T

其中，ω_e代表同步旋转坐标系电角速度，L_d，L_q，M分别代表d轴，q轴电感和混合励磁互感，i_d，i_q，i_f分别代表d轴，q轴电流和励磁电流，ψ_f代表永磁磁链，T为矢量转置符号；