[发明专利]基于模糊控制器的内置式永磁同步电机全速域控制方法

权利要求书

1.一种基于模糊控制器的内置式永磁同步电机全速域控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)采集内置式永磁同步电机三相定子电流i_a、i_b、i_c，并进行坐标变换，得到定子电流直轴分量i_d和定子电流交轴分量i_q；通过安装在电机上的编码器采集脉冲信号，并将脉冲信号转换为电机的转子位置角θ和机械转速ω_r；

2)将转速设定值ω_r^*与所述的机械转速ω_r做差，得到转速设定值与机械转速之间的转速差值e，并对转速差值e求微分得到转速差值微分量Δe；将转速差值e、机械转速ω_r、转速差值微分量Δe作为模糊控制器的输入，经过模糊控制器处理，得到定子电流直轴分量参考值i_d^*和定子电流交轴分量参考值i_q^*；将定子电流直轴分量参考值i_d^*减去定子电流直轴分量i_d得到定子电流直轴分量误差值，将定子电流交轴分量参考值i_q^*减去定子电流交轴分量i_q得到定子电流交轴分量误差值，将定子电流直轴分量误差值和定子电流交轴分量误差值分别经过PI控制器得到定子电压直轴分量参考值u_d^*和定子电压交轴分量参考值u_q^*，再经过反Park变换后得到定子电压α轴分量参考值u_α^*和定子电压β轴分量参考值u_β^*；

所述的模糊控制器处理包括：

(1)将输入的转速差值e、机械转速ω_r、转速差值微分量Δe分别经过各自设定的量化因子k_e、k_ωr和k_Δe由物理论域转化到模糊论域中；所述的量化因子k_e、k_ωr和k_Δe的设定表达式如下：

假设输入量的物理论域为[-a，a]，模糊论域为[-b，b]，则所述量化因子的表达式如下：

式中，k_i为量化因子，下角标i代表e或ωr或Δe，a为输入量的物理论域的上限值，b为输入量的模糊论域的上限值；

(2)根据转速差值e、机械转速ω_r、转速差值微分量Δe各自的隶属度函数，把转化到模糊论域中的输入量模糊化，再利用模糊规则和定子电流交轴分量参考值i_q^*的隶属度函数得到输出量的模糊值，利用重心法对模糊量进行清晰化处理；其中，所述的隶属度函数包括：

所述转速差值e的隶属度函数的表达式如下：

式中，NH(x)为负向大偏差，NL(x)为负向小偏差，ZE(x)为无偏差，PL(x)为正向小偏差，PH(x)为正向大偏差；

所述机械转速ω_r的隶属度函数的表达式如下：

式中，MTPA(y)为转速小输入，FW1(y)为转速中输入，FW2(y)为转速大输入；

所述转速差值微分量Δe的隶属度函数的表达式如下：

NI(z)＝-z，-1≤z≤0

PI(z)＝z，0≤z≤1

式中，NI(z)为负向偏差，PI(z)为正向偏差；

所述定子电流交轴分量参考值i_q^*的隶属度函数的表达式如下：

式中，NH(t)为负向大输出，NL(t)为负向小输出，ZE(t)为输出保持不变，PL(t)为正向小输出，PH(t)为正向大输出；

所述的模糊规则如下：

(2.1)如果转速差值e为正向大偏差，则定子电流交轴分量参考值i_q^*为正向大输出；

(2.2)如果转速差值e为正向小偏差，则定子电流交轴分量参考值i_q^*为正向小输出；

(2.3)如果转速差值e为无偏差，则定子电流交轴分量参考值i_q^*为输出保持不变；

(2.4)如果转速差值e为负向小偏差，则定子电流交轴分量参考值i_q^*为负向小输出；

(2.5)如果转速差值e为负向大偏差，则定子电流交轴分量参考值i_q^*为负向大输出；

(2.6)如果转速差值e为无偏差且转速差值微分量Δe为正向偏差，则定子电流交轴分量参考值i_q^*为正向小输出；

(2.7)如果转速差值e为无偏差且转速差值微分量Δe为负向偏差，则定子电流交轴分量参考值i_q^*为负向小输出；

(2.8)如果机械转速ω_r为转速中输入，则定子电流交轴分量参考值i_q^*为正向小输出；

(2.9)如果机械转速ω_r为转速大输入，则定子电流交轴分量参考值i_q^*为输出保持不变；

所述的利用重心法对模糊量进行清晰化处理公式如下：

式中，u为经过解模糊得到的清晰量，u_j为第j组元素的权重，A(u_j)为u_j处的隶属度；

(3)将第(2)步的结果与对转速差值e积分得到的值相加，得到定子电流交轴分量参考值初值i_q0^*，根据机械转速ω_r判断电机所在运行区域，选择对应的恒转矩区算法或恒功率区算法计算出定子电流直轴分量参考值初值i_d0^*；

所述的电机的运行区域包括恒转矩区和恒功率区，

在恒转矩区，定子电流直轴分量参考值初值i_d0^*的算法表达式如下：

式中，L_d、L_q分别为电机的直轴电感和交轴电感，ψ_f为永磁体磁链，i_q0^*为定子电流交轴分量参考值初值；

利用泰勒级数将公式展开，忽略对系统影响很小的高次项，得到简化后的恒转矩区定子电流直轴分量参考值初值i_d0^*的算法表达式如下：

在恒功率区，定子电流直轴分量参考值初值i_d0^*的算法表达式如下：

式中，u_smax为逆变器能够输出的电压最大值，ω_r为机械转速；

利用泰勒级数将公式展开，忽略对系统影响很小的高次项，得到简化后的恒功率区定子电流直轴分量参考值初值i_d0^*的算法表达式如下：

(4)将定子电流交轴分量参考值初值i_q0^*和定子电流直轴分量参考值初值i_d0^*经过各自设定的比例因子k_q、k_d把输出量由模糊论域转化到物理论域中，得到定子电流交轴分量参考值i_q^*和定子电流直轴分量参考值i_d^*，所述的比例因子k_q、k_d的设定表达式如下：

假设输出量的模糊论域为[-c，c]，物理论域为[-d，d]，所述比例因子的表达式如下：

式中，k_o为比例因子，下角标o代表d或q，c为输出量的模糊论域的上限值，d为输出量的物理论域的上限值；

3)将步骤1)得到的转子位置角θ和步骤2)得到的定子电压α轴分量参考值u_α^*和定子电压β轴分量参考值u_β^*作为电压空间矢量脉宽调制方法的输入，采用电压空间矢量脉宽调制方法得到6路PWM脉冲触发信号，控制电压源型逆变器工作，从而驱动电机旋转。