基于参数自适应永磁同步电机电流控制.pdf
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1、第 卷 年第 期 月.基于参数自适应永磁同步电机电流控制王朝庆 李鸿高(中国电子科技集团公司第四十三研究所 微系统安徽省重点实验室 合肥)摘 要:基于永磁同步电机、坐标系电流模型 运用自适应方法和稳定性理论 在模型参数未知的情况下 设计一种参数自适应电压矢量控制律 该控制律利用、轴电流误差、模型的估计参数等信息 通过引入误差反馈补偿、参数估计补偿等方式消除、电流的控制误差 并通过参数自适应律消除模型存在未知参数带来的影响特别是有效处理控制输入存在乘积因子未知的情况 较传统的 控制方法提高了环路控制的性能 通过仿真验证了该控制律的有效性关键词:永磁同步电机 电流控制 参数自适应中图分类号:文献标
2、志码:文章编号:()():.:收稿日期:修回日期:作者简介:王朝庆()男 高级工程师 研究方向为伺服系统建模非线性系统控制、切换系统及复杂系统理论李鸿高()男 研究员高级工程师 研究方向为数字电路理论分析与系统设计 引 言永磁同步电机()具有效率高、使用方便、体积小等特点 获得了越来越多的场景应用 各种应用环境都需要对控制环路进行设计 控制环路从外到内依次是电流环、速度环和位置环 其中电流环处于绝对的核心地位 电流控制的优劣决定了转速控制的好坏和运转的稳定性 进而决定定位的精确性 如双环调速系统存在很多非线性和不确定的影响严重制约了系统的调速性能 电机在运行过程中参数受温度、定子电流和磁通饱和
3、度等因素的影响 如随着温度的升高影响线圈电阻 电机工作状态变化时 其参数也会发生改变当电机长期运转时 造成实际参数与控制律中的设计不一致 导致电机的控制性能下降 因此在电机环路控制系统中 需要实时准确地获取电机的实际参数 最直观的解决方法是参数辨识 包括最小二乘法、卡 尔 曼 滤 波 算 法、模型参考自适应算法等 最小二乘法虽然结构简单 但需要处理大量的数据 存在数据易饱和的问题 且在非稳态条件下 跟踪能力较差 由于卡尔曼滤波算法的复杂性 往往不能同时估计多个未知参数 所以一般固定某些参数来实现对剩余其它参数的辨识同时该算法对噪声的鲁棒性较差 在模型参考自适应算法中 待辨识参数识别的准确率和快
4、速性与算法中使用的参数具有较强的相关性 参数的选取会直接影响最终的辨识效果 卷因此 以上对于电机参数的处理方法采用大量的数据和复杂的理论进行预估 难以在工程中实现造成目前实际应用中多数的控制方法仍然采用传统的 控制 该方法具有结构简单 工程应用成熟最大的特点是不依赖于模型 所以导致该方法在实际的应用中难以使系统获得较高的性能为了解决上述问题 本文提出一种全参数自适应方法 同时考虑了电阻、电感、转子磁链等多个未知参数的影响 引入带有未知估计参数的、轴控制律 通过引入误差反馈补偿、参数估计补偿等方式消除、控制电流的稳态误差、提升了电流控制的快速性 并通过参数自适应律消除模型未知参数带来的影响 较传
5、统的 控制方法提高了环路控制的性能 解决传统 中存在的控制精度低等问题 具有很好的工程实用价值 永磁同步电机数学模型本文研究的对象模型内置式永磁同步电机 将三相静止坐标系经过变换 可得到同步旋转坐标系模型 如式()所示 ()其中、分别表示、轴的输入控制电压、等效电流分量 表示定子电枢绕组电阻表示微分算子 表示转子机械角速度 表示永磁体产生的磁链 表示转子极对数假设:模型()中、为未知常量或慢变参数(、)且 已知、为可测量变量 参数自适应控制律设计为了解决较传统的 控制算法带来的控制精度低缺点 基于第 部分数学模型针对相电阻、相电感、转子磁链 等慢变参数未知的情况下推导设计电流环参数自适应控制律
6、 如下框图 所示从图 可以看出 整个控制分为两个部分 分别为误差反馈补偿和参数估计补偿 前者用来消除控制系统的控制误差 后者用来消除未知参数带来的影响 提升了电流环路的性能指标图 系统控制原理框图 令 /代入式()变形得到:()其中、分别为、轴电流的期望值进一步定义、分别为、的估计值 同时定义、的误差分别为 代入式()得到:()定理:对于满足假设 的永磁同步数学模型()尽管模型中存在未知的参数 通过选择控制输入 使得、收敛于 期王朝庆等:基于参数自适应永磁同步电机电流控制其中、如式()所示 ()满足 同时估计的参数、取如式()自适应律:()证明:取李雅普诺夫能量函数为 则 将式()代入 得到:
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