一種交流伺服系統(tǒng)的電流控制方法技術(shù)方案

一種交流伺服的電流控制方法，基于電壓觀測器和電壓預(yù)測器輔助交流伺服的電流控制，包括以下步驟：1)離散采樣，得到電機(jī)的d、q軸離散電壓方程；2)分別設(shè)計(jì)d軸電壓觀測器和q軸電壓觀測器，得到k時刻的d軸電壓觀測量和q軸電壓觀測量；3)根據(jù)k+1之前時刻的d、q軸電壓和電流，預(yù)測k+1時刻的d、q軸電壓；4)根據(jù)k時刻的d軸電壓觀測量和q軸電壓觀測量，結(jié)合k+1時刻的d、q軸電壓預(yù)測量，生成d、q軸控制電壓，用于交流伺服的電流控制。本發(fā)明專利技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)快速且高精度的交流伺服電流控制，在不影響穩(wěn)定性的前提下獲得更好的動態(tài)響應(yīng)性能。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于交流伺服控制
，基于電壓觀測器和電壓預(yù)測器，為一種交流 伺服的電流控制方法。
技術(shù)介紹
由于高效率、高功率密度、無換向刷和高精度等優(yōu)點(diǎn)，目前交流伺服已經(jīng)廣泛應(yīng)用 于機(jī)械加工、機(jī)器人等工業(yè)領(lǐng)域。交流伺服一般采用=環(huán)級聯(lián)的控制方法，由內(nèi)而外分為電 流環(huán)控制、速度環(huán)控制和位置環(huán)控制。在=環(huán)級聯(lián)控制方法下，電流環(huán)的動態(tài)響應(yīng)性能往往 是整個交流伺服系統(tǒng)高性能的關(guān)鍵。 目前，在伺服系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的是PI控制。PI調(diào)節(jié)器作為經(jīng)典控制方法，具有 結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。一般在實(shí)際應(yīng)用中會盡量提高PI調(diào)節(jié)器的增益W獲得更好的 響應(yīng)性能，但是過高的增益會帶來較大的超調(diào)乃至振動，造成穩(wěn)定性的下降。因此，PI調(diào)節(jié) 器具有動態(tài)性能和穩(wěn)定性相矛盾的缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中很難兼顧動態(tài)與穩(wěn)態(tài)兩個指標(biāo)。 文獻(xiàn)1《永磁同步電機(jī)改進(jìn)電流預(yù)測控制K《電工技術(shù)學(xué)報》，2013,28(3):50-55, 王偉華，肖犧，下有爽)采用了改進(jìn)預(yù)測控制的方法調(diào)節(jié)電流環(huán)，文中的仿真部分和實(shí)驗(yàn)部 分說明了其算法的可行性。但是該方法的推導(dǎo)中，首先假設(shè)電壓方程中的禪合項(xiàng)和反電勢 項(xiàng)在短時間內(nèi)保持不變(文獻(xiàn)第3頁）。而禪合項(xiàng)是電感、轉(zhuǎn)速、電流的乘積，在許多場合，即 便是在短時間內(nèi)，電流和轉(zhuǎn)速的變化也是很顯著的，因此禪合項(xiàng)短時間內(nèi)是變化較大的，而 禪合項(xiàng)在短時間內(nèi)不變運(yùn)一假設(shè)就直接影響了文獻(xiàn)1算法的準(zhǔn)確性。 文獻(xiàn)2《Speed Control for PMSM Servo System Using Predictive F^mctional Control and Extended State 0bserver》（Liu,H.,&Li,S.(2012). IEEE Transactions on Industrial Electronics,59(2), 1171-1183.)采用了擴(kuò)張狀態(tài)觀測器和預(yù)測函數(shù)控制的 方法控制伺服系統(tǒng)的速度環(huán)，文獻(xiàn)方法應(yīng)用于永磁同步電機(jī)先進(jìn)控制
，較傳統(tǒng)方 法相比性能更為優(yōu)越。但是文獻(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，預(yù)測函數(shù)控制方法中的滾動優(yōu)化依賴 計(jì)算機(jī)優(yōu)化計(jì)算，目前在工程中應(yīng)用尚具有一定的難度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的問題是:針對交流伺服現(xiàn)有電流控制方法動態(tài)響應(yīng)性能的不足， 動態(tài)性能和穩(wěn)定性相矛盾的缺點(diǎn)的問題，需要一種電流控制方法，在不影響穩(wěn)定性的前提 下獲得更好的動態(tài)響應(yīng)性能。 本專利技術(shù)的技術(shù)方案為:一種交流伺服的電流控制方法，基于電壓觀測器和電壓預(yù) 測器輔助交流伺服的電流環(huán)控制，按W下步驟實(shí)現(xiàn)：[000引步驟一:離散采樣，W電流環(huán)控制周期Ts為采樣周期進(jìn)行離散采樣，得到電機(jī)的d、 q軸離散電壓方程； 步驟二:d、q軸電壓觀測，針對電機(jī)的d、q軸離散電壓方程，分別設(shè)計(jì)d軸電壓觀測 器和q軸電壓觀測器，得到k時刻的d軸電壓觀測量和q軸電壓觀測量；步驟^:d、q軸電壓預(yù)測，根據(jù)k+1之前時刻的d、q軸電壓和電流，預(yù)測k+1時刻的d、 q軸電壓； 步驟四：d、q軸控制電壓生成，根據(jù)k時刻的d軸電壓觀測量和q軸電壓觀測量，結(jié)合 k+1時刻的d、q軸電壓預(yù)測量，生成d、q軸控制電壓，用于交流伺服的電流控制。 本專利技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)快速且高精度的交流伺服電流控制，有益效果具體表現(xiàn)為： (1)形式簡單，與文獻(xiàn)1的PI調(diào)節(jié)器相比，本專利技術(shù)沒有將控制邏輯復(fù)雜化，同樣具有 形式簡單的優(yōu)點(diǎn)。 (2)本專利技術(shù)設(shè)計(jì)了電壓觀測器，消除了禪合項(xiàng)等時變因素帶來的影響，在此基礎(chǔ)上 得到電流預(yù)測器，基于預(yù)測控制獲得了更好的動態(tài)響應(yīng)性能。 (3)圖3對比說明了本專利技術(shù)中的控制效果。從圖3中可W看出PI調(diào)節(jié)器(現(xiàn)有技術(shù) 1)、文獻(xiàn)1控制方式(現(xiàn)有技術(shù)2)和本專利技術(shù)的控制方式都具有很好的穩(wěn)定性，穩(wěn)態(tài)誤差3 0。 而在動態(tài)性能上，本專利技術(shù)明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)1和現(xiàn)有技術(shù)2。 為了說明動態(tài)響應(yīng)性能，W超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間為動態(tài)指標(biāo)，=者對比如下表所示。 其中調(diào)節(jié)時間W進(jìn)入5%〇誤差帶為基準(zhǔn)。 【附圖說明】 圖1是本專利技術(shù)的步驟流程圖。 圖2為本專利技術(shù)的控制原理框圖。 圖3是本專利技術(shù)的有益效果仿真圖，其中實(shí)現(xiàn)表示q軸給定電流，點(diǎn)線表示PI調(diào)節(jié)器 (現(xiàn)有技術(shù)1)的控制效果，點(diǎn)虛線表示文獻(xiàn)1控制方式(現(xiàn)有技術(shù)2)的控制效果，虛線表示本 專利技術(shù)的控制效果。【具體實(shí)施方式】 本專利技術(shù)為一種交流伺服的電流控制方法，基于電壓觀測器和電壓預(yù)測器輔助交流 伺服的電流環(huán)控制，如圖1所示，按W下步驟實(shí)現(xiàn)： 步驟一:離散采樣，W電流環(huán)控制周期Ts為采樣周期進(jìn)行離散采樣，得到電機(jī)的d、 q軸離散電壓方程； 步驟二:d、q軸電壓觀測，針對電機(jī)的d、q軸離散電壓方程，分別設(shè)計(jì)d軸電壓觀測 器和q軸電壓觀測器，得到k時刻的d軸電壓觀測量和q軸電壓觀測量； 步驟S:d、q軸電壓預(yù)測，根據(jù)k+1之前時刻的d、q軸電壓和電流，預(yù)測k+1時刻的d、 q軸電壓； 步驟四：d、q軸控制電壓生成，根據(jù)k時刻的d軸電壓觀測量和q軸電壓觀測量，結(jié)合 k+1時刻的d、q軸電壓預(yù)測量，生成d、q軸控制電壓，用于交流伺服的電流控制。 為了說明本專利技術(shù)的【具體實(shí)施方式】，結(jié)合Matlab R2010a進(jìn)行闡述。仿真電機(jī)參數(shù)設(shè) 置為:定子電阻R為0.668 Q ;極對數(shù)np為4; d軸電感Ld為3.66恤;q軸電感Lq為3.66mH;額定電 流為4A;額定轉(zhuǎn)速為3000巧m，電流環(huán)控制周期為20iis，電機(jī)采用i/ = 0控制。 下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的實(shí)施例作詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟說明。 步驟一:離散采樣單元，W電流環(huán)控制周期Ts為采樣周期進(jìn)行離散采樣，得到電機(jī) 的d、q軸離散電壓方程。 在本實(shí)施例中W采樣周期Ts = 20ys為例，實(shí)際取值根據(jù)具體情況而定。W永磁同 步電機(jī)的電壓方程為實(shí)施例，本步驟得到的電機(jī)的d、q軸離當(dāng)前第1頁1 2 本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種交流伺服的電流控制方法，其特征是基于電壓觀測器和電壓預(yù)測器的交流伺服電流控制，按以下步驟實(shí)現(xiàn)：步驟一：離散采樣，以電流環(huán)控制周期Ts為采樣周期進(jìn)行離散采樣，得到電機(jī)的d、q軸離散電壓方程；步驟二：d、q軸電壓觀測，針對電機(jī)的d、q軸離散電壓方程，分別設(shè)計(jì)d軸電壓觀測器和q軸電壓觀測器，得到k時刻的d軸電壓觀測量和q軸電壓觀測量；步驟三：d、q軸電壓預(yù)測，根據(jù)k+1之前時刻的d、q軸電壓和電流，預(yù)測k+1時刻的d、q軸電壓；步驟四：d、q軸控制電壓生成，根據(jù)k時刻的d軸電壓觀測量和q軸電壓觀測量，結(jié)合k+1時刻的d、q軸電壓預(yù)測量，生成d、q軸控制電壓，用于交流伺服的電流控制。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳超，孫園園，齊丹丹，吳波，
申請(專利權(quán))人：南京埃斯頓自動控制技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32