基于PI参数整定的永磁同步电机控制方法

基于pi参数整定的永磁同步电机控制方法
技术领域
1.本发明涉及一种基于pi参数整定的永磁同步电机控制方法。

背景技术：

2.随着现代电力电子与电力传动技术、自动控制技术的快速发展，永磁同步电机的性能也越来越好，永磁同步电机就以体积小、转矩容量比和转动惯量比高等优点，已经逐渐成为了伺服电机选型的“主流”。近几年，随着新能源的不断发展，永磁同步电机伺服系统有了更广阔的市场需求。同时，市场也对伺服系统的速度和精度提出了更严格的要求。
3.常见的基于矢量控制的永磁同步电机伺服系统采用速度环和快速电流环双环结构，其中最重要的速度调节器一般采用比例积分调节器(pi调节器)，pi调节器的调节性能和pi参数息息相关，传统的人工整定对人为经验过于依赖，且整定效果不能保证。
4.此外，传统pi调节器缺乏对工作环境的适应能力，而永磁同步电机是一个非线性、时变、大延时的复杂系统，存在包括负载阻力扰动、转子惯量变化扰动、摩擦力扰动、永磁体磁链谐波扰动等多种扰动，这些扰动对系统的精度、稳定性、动静态性能都会造成明显的影响。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于pi参数整定的永磁同步电机控制方法。
6.为解决上述问题，本发明提供一种基于pi参数整定的永磁同步电机控制方法，包括：
7.采集永磁同步电机的三相电流ia、ib、ic，将三相电流ia、ib、ic转换为d-q轴系下永磁同步电机的实际电流值id、iq；
8.通过滑膜观测器估算永磁同步电机的位置信号以及转子转速；
9.基于永磁同步电机的位置信号以及转子转速，采用模糊控制器5对速度pi调节器进行pi参数自整定；
10.基于实际电流值id、iq，通过速度pi调节器6对电流环pi调节器7进行调节后，得到旋转正交坐标系下给定的电机电压ud、uq，将电机电压ud、uq变换得到静止两相正交坐标系下给定的永磁同步电机电压u
α
、u
β
；
11.基于静止两相正交坐标系下给定的电机电压u
α
、u
β
，来控制永磁同步电机跟随给定信号运行。
12.进一步的，在上述方法中，采集永磁同步电机的三相电流ia、ib、ic，包括：
13.通过霍尔传感器采集永磁同步电机的三相电流ia、ib、ic。
14.进一步的，在上述方法中，将三相电流ia、ib、ic转换为d-q轴系下永磁同步电机的实际电流值id、iq，包括：
15.将三相电流ia、ib、ic通过clark变换和park变换得到d-q轴系下永磁同步电机的实际电流值id、iq。
16.进一步的，在上述方法中，通过滑膜观测器估算永磁同步电机的位置信号以及转子转速，包括：
17.通过无位置传感器估算永磁同步电机的位置信号以及转子转速。
18.进一步的，在上述方法中，将电机电压ud、uq变换得到静止两相正交坐标系下给定的永磁同步电机电压u
α
、u
β
，包括：
19.将电机电压ud、uq经过ipark变换后得到静止两相正交坐标系下给定的永磁同步电机电压u
α
、u
β
。
20.进一步的，在上述方法中，基于静止两相正交坐标系下给定的电机电压u
α
、u
β
，来控制永磁同步电机跟随给定信号运行，包括：
21.基于静止两相正交坐标系下给定的电机电压u
α
、u
β
，通过电压空间矢量脉宽调制得到功率管开通、关断的脉宽调制信号，基于功率管开通、关断的脉宽调制信号，驱动三相逆变器输出相应的三相电流ia、ib、ic来控制永磁同步电机跟随给定信号运行。
22.与现有技术相比，发明提供了一种基于pi参数自整定的电机控制方法，其在传统永磁同步电机伺服系统的基础上，新增了模糊控制器和无位置传感器控制技术。采用模糊控制器对速度pi调节器进行pi参数自整定，从而保证系统具有最优的动静态性能。采用无位置传感器控制方法具有成本低、安装和维护方便等一系列优点。本发明具有模糊算法自适应强、不依赖于控制对象的数学模型、抗干扰能力强且以及无位置传感器控制成本低、适应不同工作环境的优点，能使永磁同步电机伺服系统具有更优的动静态性能和更强的自适应能力以及鲁棒性。
附图说明
23.图1为本发明一实施例的的整体原理框图；
24.图2为本发明一实施例的基于模糊pi控制的永磁同步电机无位置传感器矢量控制仿真转速曲线示意图；
25.图3本发明一实施例的基于模糊pi控制的永磁同步电机无位置传感器矢量控制仿真电磁转矩曲线示意图；
26.图4为本发明一实施例的基于模糊pi控制的永磁同步电机无位置传感器矢量控制仿真定子电流曲线示意图。
具体实施方式
27.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
28.图1为本发明一实施例的的整体原理框图；图2为本发明一实施例的基于模糊pi控制的永磁同步电机无位置传感器矢量控制仿真转速曲线示意图；图3本发明一实施例的基于模糊pi控制的永磁同步电机无位置传感器矢量控制仿真电磁转矩曲线示意图；图4为本发明一实施例的基于模糊pi控制的永磁同步电机无位置传感器矢量控制仿真定子电流曲线示意图。
29.如图1所示，本发明提供一种基于pi参数整定的永磁同步电机控制方法，包括：
30.步骤s1，通过霍尔传感器采集永磁同步电机1的三相电流ia、ib、ic，然后将三相电
流ia、ib、ic通过clark变换和park变换得到d-q轴系下永磁同步电机的实际电流值id、iq；
31.在此，可以通过霍尔传感器采集电机(永磁同步电机)1三相电流ia、ib、ic，然后将其通过clark变换3和park变换4得到d-q轴系下电机的实际电流值id、iq；
32.步骤s2，通过滑膜观测器2估算永磁同步电机的位置信号以及转子转速；
33.在此，可以通过无位置传感器估算永磁同步电机1的位置信号以及转子转速；
34.步骤s3，基于永磁同步电机的位置信号以及转子转速，采用模糊控制器5对速度pi调节器进行pi参数自整定，保证系统具有最优的动静态性能；
35.步骤s4，通过模糊控制器5对速度pi调节器6进行pi参数自整定后，再基于实际电流值id、iq，通过速度pi调节器6对电流环pi调节器7进行调节后，得到旋转正交坐标系下给定的电机电压ud、uq，然后将电机电压ud、uq经过ipark变换8后得到静止两相正交坐标系下给定的永磁同步电机电压u
α
、u
β
；
36.步骤s5，基于静止两相正交坐标系下给定的电机电压u
α
、u
β
，通过电压空间矢量脉宽调制(svpwm)9得到功率管开通、关断的脉宽调制信号，，基于功率管开通、关断的脉宽调制信号，驱动三相逆变器10输出相应的三相电流ia、ib、ic来控制永磁同步电机跟随给定信号运行。
37.在此，本发明的目的是克服现有技术中存在的上述缺陷，提出一种基于pi参数自整定的电机控制方法，该方法具备模糊算法自适应强、不依赖于控制对象的数学模型、抗干扰能力强的优点且针对永磁同步电机的位置传感器在抗干扰等方面存在的一些问题，采用滑膜观测器的方法在一定误差范围内检测出永磁同步电机的转子位置等信息，能够使永磁同步电机伺服系统具有更优的动静态性能和更强的自适应力及更好的鲁棒性。
38.本发明提供了一种基于pi参数整定的永磁同步电机控制方法，其在传统永磁同步电机伺服系统的基础上，新增了模糊控制器和无位置传感器控制，采用模糊控制器对速度pi调节器进行pi参数自整定，从而保证系统具有最优的动静态性能。构建滑膜观测器，利用反电动势估算转子位置以及转速，结果表明，本发明所提方法可以有效估算电机转速和位置信息，实现永磁同步电机的无位置传感器控制。本发明具有模糊算法自适应强、不依赖于控制对象的数学模型、抗干扰能力强的优点，能使永磁同步电机伺服系统具有更优的动静态性能和更强的自适应力以及更好的鲁棒性，利用无位置传感器控制替代位置编码器，具有减少成本、对环境要求较低等优点。
39.本发明的具体仿真参数如下：
40.1)传统pi：电流环、速度环全部采用pi控制器，其中电流环比例系数为kp＝28，积分系数ki＝9583；速度环比例系数kp＝0.5，积分系数ki＝1.5。
41.2)模糊pi：电流环采用pi控制器，速度环采用模糊pi控制器。
42.3)电机主要参数
[0043][0044]
与现有技术相比，本发明的主要优势在于：
[0045]
本发明提供了一种基于pi参数自整定的电机控制方法，其在传统电机(永磁同步电机)伺服系统的基础上，新增了模糊控制器和无位置传感器控制技术。采用模糊控制器对速度pi调节器进行pi参数自整定，从而保证系统具有最优的动静态性能。采用无位置传感器控制方法具有成本低、安装和维护方便等一系列优点。本发明具有模糊算法自适应强、不依赖于控制对象的数学模型、抗干扰能力强且以及无位置传感器控制成本低、适应不同工作环境的优点，能使永磁同步电机伺服系统具有更优的动静态性能和更强的自适应能力以及鲁棒性。
[0046]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0047]
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

技术特征：

1.一种基于pi参数整定的永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括：采集永磁同步电机的三相电流i
a
、i
b
、i
c
，将三相电流i
a
、i
b
、i
c
转换为d-q轴系下永磁同步电机的实际电流值i
d
、i
q
；通过滑膜观测器估算永磁同步电机的位置信号以及转子转速；基于永磁同步电机的位置信号以及转子转速，采用模糊控制器5对速度pi调节器进行pi参数自整定；基于实际电流值i
d
、i
q
，通过速度pi调节器6对电流环pi调节器7进行调节后，得到旋转正交坐标系下给定的电机电压u
d
、u
q
，将电机电压u
d
、u
q
变换得到静止两相正交坐标系下给定的永磁同步电机电压u
α
、u
β
；基于静止两相正交坐标系下给定的电机电压u
α
、u
β
，来控制永磁同步电机跟随给定信号运行。2.如权利要求1所述的基于pi参数整定的永磁同步电机控制方法，其特征在于，采集永磁同步电机的三相电流i
a
、i
b
、i
c
，包括：通过霍尔传感器采集永磁同步电机的三相电流i
a
、i
b
、i
c
。3.如权利要求1所述的基于pi参数整定的永磁同步电机控制方法，其特征在于，将三相电流i
a
、i
b
、i
c
转换为d-q轴系下永磁同步电机的实际电流值i
d
、i
q
，包括：将三相电流i
a
、i
b
、i
c
通过clark变换和park变换得到d-q轴系下永磁同步电机的实际电流值i
d
、i
q
。4.如权利要求1所述的基于pi参数整定的永磁同步电机控制方法，其特征在于，通过滑膜观测器估算永磁同步电机的位置信号以及转子转速，包括：通过无位置传感器估算永磁同步电机的位置信号以及转子转速。5.如权利要求1所述的基于pi参数整定的永磁同步电机控制方法，其特征在于，将电机电压u
d
、u
q
变换得到静止两相正交坐标系下给定的永磁同步电机电压u
α
、u
β
，包括：将电机电压u
d
、u
q
经过ipark变换后得到静止两相正交坐标系下给定的永磁同步电机电压u
α
、u
β
。6.如权利要求1所述的基于pi参数整定的永磁同步电机控制方法，其特征在于，基于静止两相正交坐标系下给定的电机电压u
α
、u
β
，来控制永磁同步电机跟随给定信号运行，包括：基于静止两相正交坐标系下给定的电机电压u
α
、u
β
，通过电压空间矢量脉宽调制得到功率管开通、关断的脉宽调制信号，基于功率管开通、关断的脉宽调制信号，驱动三相逆变器输出相应的三相电流i
a
、i
b
、i
c
来控制永磁同步电机跟随给定信号运行。

技术总结

本发明提供了一种基于PI参数整定的永磁同步电机控制方法，其在传统永磁同步电机伺服系统的基础上，新增了模糊控制器和无位置传感器控制，采用模糊控制器对速度PI调节器进行PI参数自整定，从而保证系统具有最优的动静态性能。构建滑膜观测器，利用反电动势估算转子位置以及转速，结果表明，本文所提方法可以有效估算电机转速和位置信息，实现永磁同步电机的无位置传感器控制。本发明具有模糊算法自适应强、不依赖于控制对象的数学模型、抗干扰能力强的优点，能使永磁同步电机伺服系统具有更优的动静态性能和更强的自适应力以及更好的鲁棒性，利用无位置传感器控制替代位置编码器，具有减少成本、对环境要求较低等优点。对环境要求较低等优点。对环境要求较低等优点。