一種永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機控制，尤其涉及一種永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]永磁同步電機以其高效率，可靠性高等特點，被廣泛應用于對性能要求較高的驅(qū)動中。對于永磁同步電機的控制，又以矢量控制最常用。矢量控制將電流控制環(huán)、速度控制環(huán)、位置控制環(huán)由內(nèi)而外放置，且此結(jié)構(gòu)決定了帶寬應由內(nèi)至外逐層降低，因此，電流環(huán)的帶寬即限制了速度環(huán)和位置環(huán)的帶寬及響應速度。電流環(huán)的常用控制方法有:滯環(huán)控制，PI控制，無差拍控制。其中，滯環(huán)控制會導致?lián)Q流器開環(huán)頻率不固定，無差拍電流控制可以達到比PI控制更高的帶寬。因此，無差拍電流控制是一種已被熟知的高帶寬，快響應電流控制。
[0003]另外，重復性控制或迭代學習控制已被應用于周期性諧波的抑制中。它具有學習性，且不需要已知系統(tǒng)的準確參數(shù)。通過記憶上一個周期的波形，預測下一個周期的波形并進行補償?？捎糜谝种埔阎芷诘拿}動或者幫助追蹤已知周期的高頻信號。在已有文獻中，周期性多指關(guān)于時間的周期性，而針對永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制，由于最主要的轉(zhuǎn)矩脈動是關(guān)于電機轉(zhuǎn)子位置呈周期性的，有文獻提出了基于角度的重復性控制?；诮嵌鹊闹貜托钥刂撇恍枰阎谎a償脈動的周期，通過記憶轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到不同位置的脈動幅值，根據(jù)編碼器的位置反饋進行補償。使得變速下(被補償脈動周期不再已知)的轉(zhuǎn)矩脈動抑制變成了可能。
[0004]雖然已有文獻將基于角度的重復性控制運用在了永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩脈動中，但卻存在諸多問題，使得該控制在變速下，暫態(tài)中仍能已知轉(zhuǎn)矩脈動的優(yōu)勢無法得到發(fā)揮，還給整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來了挑戰(zhàn)。
[0005]已有技術(shù)將重復性控制放在速度環(huán)中與速度環(huán)PI控制器并聯(lián)，搭配同樣采用PI控制器的電流環(huán):
[0006]其一，并聯(lián)的重復性控制器和PI控制器之間相互對抗。速度環(huán)的輸出是電流環(huán)的參考，理想情況下是由低帶寬的PI控制器提供所有電流參考低頻分量，而重復性控制器提供所有的電流參考高頻分量。但實際卻很難做到。暫態(tài)下，兩種控制器會互相爭搶輸出電路參考直流分量，反而產(chǎn)生脈動，甚至造成不穩(wěn)定。所以重復性控制只能在穩(wěn)態(tài)下才能激活，這就壓抑了基于角度的重復性控制在暫態(tài)中仍能抑制轉(zhuǎn)矩脈動的潛力。即使激活重復性控制時已達到穩(wěn)態(tài)，PI控制器和重復性控制器也會互相影響，爭搶輸出電流參考交流分量，這會增加收斂時間。
[0007]其二，電流環(huán)與機械連接對速度脈動相位的位移，而造成的不穩(wěn)定。已有技術(shù)是通過速度波動產(chǎn)生幅值與之相抵消帶波動的電流參考，再通過電流環(huán)追蹤電流參考，從而通過產(chǎn)生幅值相反的轉(zhuǎn)矩波動來抵消原有的轉(zhuǎn)矩波動，然后輸出轉(zhuǎn)矩作用于機械連接產(chǎn)生轉(zhuǎn)速。在這個閉環(huán)系統(tǒng)中，機械連接相當于一個低通濾波器，所以速度波形相對于轉(zhuǎn)矩波形會有相移。而電流環(huán)也有延遲，造成產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與電流參考之間的相移。從系統(tǒng)傳遞函數(shù)的波特圖中很容易看出，基于PI的電流環(huán)和機械連接對不同頻率信號的相移角度是不同的。所以在脈動頻率有多個且未知的情況下，這兩種相移很難被補償。一旦，兩個相移的總和達到180°，轉(zhuǎn)矩脈動將反而被放大，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。因此，雖然基于角度的重復性控制不需要已知被補償轉(zhuǎn)矩的頻率卻由于無法保證穩(wěn)定性而只允許速度在小范圍內(nèi)波動。
[0008]其三，PI控制器帶寬低，限制了可補償轉(zhuǎn)矩脈動頻率范圍。雖然轉(zhuǎn)矩脈動的問題一般來說在低速的時候更為嚴重，但不能排除可能會有頻率較高的轉(zhuǎn)矩脈動需要被補償。電流環(huán)的帶寬應盡量的高，才能保證盡可能多的轉(zhuǎn)矩脈動能被補償。
[0009]這些問題主要源于缺乏對重復性控制與矢量控制中其他控制相互作用的考慮，而造成的不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制裝置和方法，結(jié)合了無差拍電流控制與基于角度的重復性控制。
[0011]本發(fā)明提供了一種永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制裝置，包括PI控制器、無差拍電流控制模塊、永磁同步電機、轉(zhuǎn)矩估計器和基于角度的重復性控制器，其中，所述PI控制器的輸出端分別與所述無差拍電流控制模塊、基于角度的重復性控制器連接，所述無差拍電流控制模塊的輸出端與所述永磁同步電機連接，所述永磁同步電機分別與所述基于角度的重復性控制器的輸入端、轉(zhuǎn)矩估計器的輸入端、PI控制器的輸入端連接，所述轉(zhuǎn)矩估計器的輸出端與所述基于角度的重復性控制器的輸入端連接，所述基于角度的重復性控制器的輸出端與所述無差拍電流控制模塊的輸入端連接。
[0012]作為本發(fā)明的進一步改進，所述PI控制器的輸出端、基于角度的重復性控制器之間連接有學習觸發(fā)器。
[0013]作為本發(fā)明的進一步改進，所述無差拍電流控制模塊包括無差拍控制器、Clark變換器、換流器和Park變換器，其中，所述PI控制器的輸出端與所述無差拍控制器的輸入端連接，所述無差拍控制器的輸出端與所述Clark變換器的輸入端連接，所述Clark變換器的輸出端與所述換流器的輸入端連接，所述換流器的輸出端與所述永磁同步電機的輸入端連接，所述永磁同步電機的輸出端與所述Park變換器的輸入端連接，所述Park變換器的輸出端與所述無差拍控制器的輸入端連接。
[0014]作為本發(fā)明的進一步改進，所述永磁同步電機的輸出端與Clark變換器的輸入端連接。
[0015]本發(fā)明還提供了一種永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法，包括以下步驟:
[0016]S1、將轉(zhuǎn)子機械位置[0，2π]劃分成N個區(qū)間，每個采樣周期的開端會有新的位置采樣Θ ?和對應位置的轉(zhuǎn)矩誤差error到來，計算出轉(zhuǎn)子機械位置對應的區(qū)間號K 1 =int ( Θ m*N/2/ JT)；
[0017]S2、將轉(zhuǎn)子機械位置對應的區(qū)間號&與前一個采樣周期的轉(zhuǎn)子機械位置對應的區(qū)間號Kprav進行比較，如果相同，則不更新內(nèi)存數(shù)組mem，如果不相同，則利用前一時刻的轉(zhuǎn)矩誤差erro;rprav與當前時刻的轉(zhuǎn)矩誤差error，通過線性插值法，計算出K #2* π /N位置的轉(zhuǎn)矩誤差err0rprad并根據(jù)式子(I)或(2)更新一個長為N的內(nèi)存數(shù)組mem {N}的第K i個或第(K1+!)個值，其中G為重復性控制的增益，Q為重復性控制的遺忘因子，應小于并接近I ;
[0018]正轉(zhuǎn)時-memIX] = mem[Kj*Q+errorpred*G (I)
[0019]反轉(zhuǎn)時-memlX+l]= memtKj+l]*Q+errorpred*G (2)
[0020]S3、輸出時，估計對應的轉(zhuǎn)子位置Θ futu并折算到[0，2 Ji ]，計算K 2 =int ( Θ futu*N/2/ Ji)，線性插值得到對應的轉(zhuǎn)子位置Θ futu的等效內(nèi)存數(shù)組mem并輸出。
[0021]作為本發(fā)明的進一步改進，步驟S3為:輸出時，電流環(huán)跟蹤電流信號的時延2*TS，轉(zhuǎn)矩估計器時延，共M*TS，根據(jù)當前速度Coni，估計重復性控制當前輸出的電流參考生效時，對應的轉(zhuǎn)子位置Qfutu= Θ m+com*M*Ts，得出K2= int( Θ futu*N/2/π )，并根據(jù)內(nèi)存數(shù)組mem(K2)與mem(K2+l),通過線性插值估計出對應的轉(zhuǎn)子位置Θ futu位置的等效內(nèi)存數(shù)組mem并輸出，該等效內(nèi)存數(shù)組mem則視為應補償?shù)碾娏鲄⒖肌?br>[0022]本發(fā)明的有益效果是:通過上述方案，結(jié)合了無差拍電流控制與基于角度的重復性控制，不僅能使在恒轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩脈動抑制效果增強，收斂時間縮短，還能使轉(zhuǎn)矩脈動即使在變速，變負載的暫態(tài)中也能持續(xù)被抑制。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明一種永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制裝置的控制拓撲圖。
[0024]圖2是本發(fā)明一種永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合【附圖說明】及【具體實施方式】對本發(fā)明進一步說明。
[0026]如圖1所示，一種永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制裝置，包括PI控制器1、無差拍電流控制模塊10、永磁同步電機5、轉(zhuǎn)矩估計器8和基于角度的重復性控制器7，其中，所述PI控制器I的輸出端分別與所述無差拍電流控制模塊10、基于角度的重復性控制器7連接，所述無差拍電流控制模塊10的輸出端與所述永磁同步電機5連接，所述永磁同步電機5分別與所述基于角度的重復性控制器7的輸入端、轉(zhuǎn)矩估計器8的輸入端、PI控制器I的輸入端連接，所述轉(zhuǎn)矩估計器8的輸出端與所述基于角度的重復性控制器7的輸入端連接，所述基于角度的重復性控制器7的輸出端與所述無差拍電流控制模塊10的輸入端連接。
[0027]如圖1所示，PI調(diào)節(jié)器I是一種線性控制器，它根據(jù)給定值與實際輸出值構(gòu)成控制偏差，將偏差的比例⑵和積分⑴通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進行控制。
[0028]如圖1所示，所述PI控制器I的輸出端、基于角度的重復性控制器7之間連接有學習觸發(fā)器9。
[0029]如圖1所示，所述