基于负载观测器的多永磁同步电机虚拟总轴控制方法

摘要

本发明属于多电机速度协同控制领域，为协调各从属轴之间的同步运行，也更真实地反映各轴之间动力学关系，同时为进一步提高系统的鲁棒性，将负载转矩观测值前馈至从属轴电机的电流环。本发明采取以下技术方案：基于负载观测器的多永磁同步电机虚拟总轴控制方法，系统中包括n台永磁同步电机和1台虚拟电机，使用微处理器内部AD转换接口采集整流桥输出的直流电压和相电流接着，通过转子位置传感器检测出第i台永磁同步电机的转子角位置θ_i，同时计算出第i台永磁同步电机的转速ω_i；然后生成α、β轴参考电压；最后利用电压空间矢量脉宽调制SVPWM方法输出逆变器的6脉冲驱动控制信号。本发明主要应用于多电机速度协同控制场合。

主权项

一种基于负载观测器的多永磁同步电机虚拟总轴控制方法，其特征是，系统中包括n台永磁同步电机和1台虚拟电机，使用微处理器内部AD转换接口采集整流桥输出的直流电压U_dc和相电流i_ai、i_bi、i_ci，i_ai、i_bi、i_ci分别为第i台永磁同步电机定子电流；由耦合力矩T_i得到电流的参考值取值为零，T_i是第i台永磁同步电机耦合力矩，分别为第i台永磁同步电机电流环定子电流直轴分量与交轴分量的参考值，此时永磁同步电机能够产生的最大转矩；接着，通过转子位置传感器检测出第i台永磁同步电机的转子角位置θ_i，同时计算出第i台永磁同步电机的转速ω_i；然后通过电流传感器检测第i台永磁同步电机定子电流i_ai、i_bi、i_ci，并经三相静止坐标变换成二相静止坐标Clarke变换和二相静止坐标变换成二相旋转坐标Park变换，得到第i台永磁同步电机电流环定子电流直轴分量与交轴分量的检测值i_di、i_qi；然后减去i_qi得到q轴电流误差，减去i_di得到d轴电流误差，电流误差量分别经PI调节器输出d、q轴上的电压值再经过反Park变换后生成电压值分别为第i台永磁同步电机经过PI调节器得到的d、q轴上的参考电压；分别为第i台永磁同步电机经过反Park变换后生成α、β轴参考电压；最后利用电压空间矢量脉宽调制SVPWM方法输出逆变器的6脉冲驱动控制信号；其中，采用改进的电子虚拟总轴ELS(Electronic virtual line‑shafting)控制策略：利用负载观测器将观测的负载转矩反馈回虚拟总轴，虚拟总轴输出的参考信号即虚拟总轴输出的角速度ω、虚拟总轴输出的角位置θ发生变化，在ω、θ作用下，受扰电机和其它从属轴电机的转速差减小，使不同永磁同步电机转矩更加平衡；同时，将观测负载转矩前馈至从属轴电机的PI调节器，此时的力矩平衡关系式为：$T-\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\hat{T}}_{Li}=J_s\frac{d^2\theta }{{\mathrm{dt}}^2}$式中，T为虚拟总轴的驱动力矩，J_s为虚拟总轴的转动惯量。