一種永磁同步電機相位補償器制造技術

本發明專利技術提供了一種永磁同步電機相位補償器，屬于機電伺服控制技術領域，其特征在于含有一個轉速指令限幅器、一個一階慣性環節、一個映射函數、一個位置傳感器和一個加法器。對于電機頻繁加減速的運行工況，傳統的電機相位控制與校正方法存在滯后問題，本發明專利技術提出了一種永磁同步電機相位前饋補償方案，利用電機的特征模型估計電機在控制指令作用下的轉速變化，根據離線測量的電機轉速與相位滯后角的對應關系和轉速估計值可得到電機當前所需的相位補償角，將其與電機當前的電角度求和作為電機控制器中Park逆變換的坐標變換參數，可快速補償電機加減速過程中的相位滯后問題，簡單實用，且不會影響系統穩定性。

A phase compensator for permanent magnet synchronous motor

【技術實現步驟摘要】
一種永磁同步電機相位補償器
本專利技術屬于機電伺服控制
，涉及一種永磁同步電機相位前饋補償方案。
技術介紹
永磁同步電機在運行過程中電樞電流與感應反電動勢之間存在相位偏差，出現電樞電流相位滯后問題，影響系統性能和運行效率。電樞電流相位滯后的大小與電機轉速和負載等因素有關，為消除電流滯后問題的影響，一般采用基于轉子坐標系的電流控制方法改善電樞電流相位滯后問題。為保證電流環閉環控制效果，直軸和交軸電流控制律在設計過程中一般會采用積分控制，導致相位校正的動態響應性能有限。在電機頻繁加減速的過程中，基于轉子坐標系的電流控制方法難以有效進行電樞電流相位滯后校正。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術的目的在于提供一種永磁同步電機相位前饋補償方案，以解決電機加減速過程中電流相位滯后難以補償的問題。一種永磁同步電機相位補償器，其特征在于含有一個轉速指令限幅器、一個一階慣性環節、一個映射函數、一個位置傳感器和一個加法器；其中：所述轉速指令限幅器用于將轉速控制指令限定在合理區間內，其輸入信號為轉速控制指令ωc，根據電機轉速限幅值對轉速控制指令ωc進行限幅運算，得到所述轉速指令限幅器的輸出信號作為所述一階慣性環節的輸入信號；所述一階慣性環節用于預測電機在轉速控制指令的作用下轉速響應過程，根據其輸入信號和當前的狀態計算得到電機的轉速估計值作為所述一階慣性環節的輸出信號；所述映射函數用于實現電機轉速與相位補償角的映射關系f(x)，其輸入信號為所述一階慣性環節的輸出信號根據和映射關系f(x)計算得到電機當前所需的相位補償角作為所述映射函數的輸出信號；所述位置傳感器用于測量電機的電角度θ，作為所述位置傳感器的輸出信號；所述加法器用于實現電機的電角度θ與相位補償角的求和運算，得到求和結果給至電機控制器的矢量變換模塊，作為其中Park-1變換部分的坐標變換參數。可選的，所述的一階慣性環節含有一個減法器、一個比例環節、一個角加速度限幅器和一個積分器，其中：所述減法器用于實現所述一階慣性環節的輸入信號與所述一階慣性環節的輸出信號的相減運算，得到計算結果作為所述比例環節的輸入信號；所述比例環節根據其輸入信號Δ和比例參數計算得到所述比例環節的輸出信號作為所述角加速度限幅器的輸入信號；所述角加速度限幅器其根據輸入信號和電機角加速度限幅值進行限幅運算，得到電機角加速度信號的估計值作為所述角加速度限幅器的輸出信號；所述積分器的輸入信號為所述角加速度限幅器的輸出信號對其進行積分運算后得到電機轉速的估計值作為所述一階慣性環節的輸出信號。可選的，所述的映射函數通過線性插值的方式實現，即：首先離線測量電機不同轉速與相位滯后角的對應關系，建立映射表格；其次在線運行過程中通過線性插值方式求解當前轉速估計值對應的相位滯后角估計值，然后取相位滯后角估計值的幅值作為相位補償角即所述的映射函數的輸出信號。本專利技術采用以上技術方案即可實現電機加減速運行過程中電流相位補償問題，該永磁同步電機相位前饋補償方案通過預測電機的轉速變化，根據離線測量的電機轉速與相位滯后角的對應關系，在線預測電機當前所需的相位補償角進行超前補償。本專利技術通過前饋的方式提前補償電機轉速對電流相位滯后角的影響，改善電機運行性能和效率，具有簡單實用，不影響系統穩定性等優點。附圖說明圖1：本專利技術相位補償方案框圖。圖2：一階慣性環節方案框圖。具體實施方式下面結合附圖和實例對本專利技術作進一步說明，此處所說明的方案只用來提供對本專利技術的進一步理解，為本申請的一部分，不構成對本專利技術方案的限定。本實施例以三相永磁同步電機為例進行介紹，包含U、V、W三相繞組，任意兩相繞組電角度相差120°，采用旋轉變壓器測量電機的電角度和轉速。轉速控制指令由外部數字總線定時傳輸至控制處理器，控制處理器采用美國德州儀器公司(TexasInstruments，簡稱TI)的TMS320F28xxTM系列數字信號處理芯片，內部含有定時中斷源。首先，采用開環控制方式，讓電機運行在不同轉速情況下，測試電機的相位滯后角大小，建立電機轉速與相位滯后角的映射關系。其次，在轉速和電流閉環控制條件下，根據電機轉速動態響應數據，確定由轉速控制指令至電機轉速響應的一階慣性環節模型參數。然后，按照以下步驟實現永磁同步電機相位前饋補償：(1)初始化：根據電機性能設置轉速指令限幅值、角加速度限幅值、一階慣性環節模型參數，設置系統控制周期Ts，并實現電機轉速和電流控制律；(2)控制處理器按照設置的轉速指令限幅值對外部給定的轉速控制指令進行限幅運算，得到(3)控制處理器通過一階慣性環節預測電機的轉速變化，首先計算一階慣性環節的輸入信號與當前一階慣性環節的輸出信號的差值其次利用一階慣性環節模型參數計算然后根據電機角加速度限幅值對進行限幅得到電機角加速度估計值對進行積分后得到電機轉速估計值(4)根據離線建立的電機轉速與相位滯后角的映射關系，利用電機轉速估計值通過線性插值方式估計電機的相位滯后角，然后取相位滯后角估計值的幅值作為相位補償角(5)讀取位置傳感器測量的電機電角度θ，將給至電機控制器的矢量變換模塊，作為其中Park-1變換部分的坐標變換參數，從而實現電流相位的超前補償。通過以上步驟即可實現永磁同步電機相位前饋補償。以上所述的具體實施方法，對本專利技術的目的、技術方案和有益效果進行了詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本專利技術的具體實施方式而已，并不用于限定本專利技術的保護范圍，凡在本專利技術方法的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本專利技術的保護范圍之內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種永磁同步電機相位補償器，其特征在于含有一個轉速指令限幅器、一個一階慣性環節、一個映射函數、一個位置傳感器和一個加法器；其中：/n所述轉速指令限幅器用于將轉速控制指令限定在合理區間內，其輸入信號為轉速控制指令ω

【技術特征摘要】
1.一種永磁同步電機相位補償器，其特征在于含有一個轉速指令限幅器、一個一階慣性環節、一個映射函數、一個位置傳感器和一個加法器；其中：
所述轉速指令限幅器用于將轉速控制指令限定在合理區間內，其輸入信號為轉速控制指令ωc，根據電機轉速限幅值對轉速控制指令ωc進行限幅運算，得到所述轉速指令限幅器的輸出信號作為所述一階慣性環節的輸入信號；
所述一階慣性環節用于預測電機在轉速控制指令的作用下轉速響應過程，根據其輸入信號和當前的狀態計算得到電機的轉速估計值作為所述一階慣性環節的輸出信號；
所述映射函數用于實現電機轉速與相位補償角的映射關系f(x)，其輸入信號為所述一階慣性環節的輸出信號根據和映射關系f(x)計算得到電機當前所需的相位補償角作為所述映射函數的輸出信號；
所述位置傳感器用于測量電機的電角度θ，作為所述位置傳感器的輸出信號；
所述加法器用于實現電機的電角度θ與相位補償角的求和運算，得到求和結果給至電機控制器的矢量變換模塊，作為其中Park-1變換部分的坐標變換參數。


2.根據權利要求1中所述永磁...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊佳利，和陽，朱紀洪，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：北京;11