[发明专利]考虑加速度的多永磁同步电机偏差耦合控制方法

摘要

本发明涉及多电机偏差耦合控制，为提出改进偏差耦合策略，比较得出各台电机的最小转速，让其他电机跟踪最低的转速，能较好地提升各台电机的同步性能。并且将各台电机的加速度考虑进去，让各台电机都以最大加速度进行加速，本发明采用的技术方案是，考虑加速度的多永磁同步电机偏差耦合控制方法，将i台电机作为整个系统考虑，比较得出i台电机的最小转速，让其他电机跟踪最低的转速；比较得出所有电机的最大加速度，让i台电机都以最大加速度进行加速；在多电机控制结构上使用考虑加速度的偏差耦合控制的基础上，单台电机使用积分滑模控制算法，最终实现电机偏差耦合控制。本发明主要应用于设计制造场合。

主权项

1.一种考虑加速度的多永磁同步电机偏差耦合控制方法，其特征是，将i台电机作为整个系统考虑，比较得出i台电机的最小转速，让其他电机跟踪最低的转速；比较得出所有电机的最大加速度，让i台电机都以最大加速度进行加速；在多电机控制结构上使用考虑加速度的偏差耦合控制的基础上，单台电机使用积分滑模控制算法，最终实现电机偏差耦合控制；其中，单台电机使用积分滑模控制算法，具体是：在一个3台电机的实例中，在多电机控制结构上使用考虑加速度的偏差耦合控制的基础上，考虑加速度的偏差耦合控制的转速补偿结构中，k_v为速度系数，ω_min为三台电机速度的最小值，k_a为加速度系数，a_max为三台电机加速度的最大值，a₁为第一台电机的加速度，a₂为第二台电机的加速度，a₃为第三台电机的加速度，Switch判断结构1将三台电机速度进行比较得出最小速度，并将各电机速度与最小速度之差作为补偿使得各电机能跟上最小的电机速度；同时Switch判断结构2，将三台电机的加速度进行比较，之后得出最大加速度，并将最大加速度与三台电机各自的加速度作差，通过比例放大作为各自的补偿，使得三台电机都能以更快得速度跟上给定；此时第1台电机的补偿为e₁₀＝e₁+d₁  (2)d₁＝k_v(ω₁‑ω_min)+k_a(a_max‑a₁)  (3)式中，e₁₀为考虑加速度的结构下电机1总的转速补偿，d₁为电机1的附加转速补偿；e₁是电机1的速度补偿；在得到外环参考转速后，设计单台电机电流控制算法，具体地，ω^*为转速给定信号；ω₁为第1台电机的转速，分别为电流环定子电流的直轴分量与交轴分量参考值；i_d1、i_q1分别是电机定子电流的直轴分量与交轴分量反馈值；经过电流环调节器得到的d、q轴上的电压分量参考值；经过坐标变换后生成电压值U_dc是整流桥输出的直流电压；i_a1、i_b1第1台电机a、b相输入电流；e₁₀为考虑加速度的偏差耦合结构下第1台电机的总的转速补偿；θ₁为第1台电机的角位置，采用PI比例积分控制器；SVPWM为电压空间矢量脉宽调制技术；系统首先采集电机的角位置θ₁，由i_a1、i_b1可计算得到电机c相输入电流i_c1，将电机1的三相电流通过Clark变换，转换成静止α‑β坐标系下的两相电流然后，系统采集直流侧电压U_dc，将电机1静止α‑β坐标系下的两相电流通过Park变换转换为两相旋转d‑q坐标系的电流在得到i_d1，i_q1的基础上，设计积分滑模控制器的状态方程：其中，第1台电机作如下假设：1)假设相绕组中感应电动势波形为正弦，转子永磁磁场在气隙空间分布为标准的正弦波；2)忽略定子铁心饱和，不计涡流和磁滞损耗；3)永磁材料的电导率为零；4)转子上无阻尼绕组，采用最大转矩控制的永磁同步电机PMSM(permanent magnet synchronous motor)转子磁场定向控制，电压方程如下：式中，u_d1、u_q1分别为定子端电压的直轴与交轴分量；i_d1，i_q1分别为定子电流的直轴分量与交轴分量；L_d1，L_q1分别为电机直、交轴电感；R_s1为电机定子绕组电阻；ω₁为电机转子转速；ψ_f1为转子磁链；PMSM的运动方程为式中，T_e1为第1台电机电磁转矩；T_L1为第1台电机负载转矩；n_p1为第1台电机极对数；ω_r1为第1台电机的机械转速ω_r1＝ω₁/n_p1；J₁为第1台电机转动惯量；PMSM的转矩方程为PMSM的状态方程是设计积分滑模控制器的基础，将转速给定与电机转速ω₁之差及其积分作为系统的状态变量有滑模面为s＝x₁₁+cx₁₂  (10)滑模控制器设计所用滑模趋近率，如下：式中，‑ks是指数趋近项，k为正常数；‑εsat(s)是等速趋近项，ε为正常数，sat(s)是饱和函数，饱和函数为：式中，Δ为“边界层”，饱和函数sat(s)的本质：在边界层外，采用切换控制；在边界层内，采用线性化反馈控制；由式(6)～式(12)，得出式中，是第1台电机d‑q坐标下的q轴电流参考值，J₁是第1台电机转动惯量，n_p1是第1台电机极对数，B₁是第1台电机摩擦系数，T_L1为第1台电机负载转矩，ψ_f1为第1台电机的磁链，电机在该控制器作用下，跟踪参考电流，实现电机偏差耦合控制。