一种CMG框架永磁同步电机的控制系统及控制方法

摘要

本发明涉及一种CMG(控制力矩陀螺)框架永磁同步电机的高性能控制系统及控制方法，具体涉及一种CMG框架永磁同步电机转速精度和带宽的控制系统及控制方法，适用于包括控制力矩陀螺框架系统在内的各类基于永磁同步电机的高性能伺服系统。本发明的方法将滑模控制与转子磁场定向矢量控制方法相结合可提高系统对陀螺力矩、转子静不平衡等因素引入的非线性低频干扰力矩的抑制能力，提升框架转速控制性能和系统的鲁棒性。

主权项

一种CMG框架永磁同步电机的控制系统，其特征在于：该控制系统包括全桥驱动电路模块、电流采集模块、三相/两相坐标变换模块、两相旋转坐标变换模块、第一差分模块、励磁电流比例积分调节模块、两相旋转坐标反变换模块、空间矢量脉宽调制生成模块、转速计算模块、第二差分模块、位置环比例微分调节模块、速度前馈模块、第三差分模块、转速环滑模控制模块、位置前馈模块、高速转子扰振自适应前馈补偿模块、累加模块、永磁同步电机及测角模块；测角模块测量得到永磁同步电机的实际机械角度θ_m和电角度θ_e，并将实际机械角度θ_m输出给第二差分模块和转速计算模块，将电角度θ_e输出给两相旋转坐标变换模块和两相旋转坐标反变换模块；电流采集模块采集永磁同步电机的A相电流i_A和B相电流i_B后，电流采集模块将电流i_A和i_B输出给三相/两相坐标变换模块，三相/两相坐标变换模块将接收到的电流i_A和i_B进行三相/两相坐标变换后输出两相静止坐标系下的电流i_α和i_β给两相旋转坐标变换模块，两相旋转坐标变换模块同时接收由测角模块输出的永磁同步电机电角度θ_e；两相旋转坐标变换模块对接收到的电流i_α和i_β以及电角度θ_e进行两相旋转坐标变换后输出d‑q坐标系下的励磁电流i_d给第一差分模块，第一差分模块同时接收到电流设定值且d‑q坐标系下的励磁电流i_d和在第一差分模块中进行差分得到后将差分结果输出给励磁电流比例积分调节模块，励磁电流比例积分调节模块对接收到的差分结果进行比例积分调节后输出d轴电压控制信号给两相旋转坐标反变换模块；第二差分模块接收由测角模块测量得到的永磁同步电机的实际机械角度θ_m以及永磁同步电机的设定机械角度值并对实际机械角度θ_m和设定机械角度值进行差分，得到位置偏差值并输出给位置环比例微分调节模块和位置前馈模块，位置环比例微分调节模块对接收到的位置偏差值进行比例微分调节后输出转速环转速设定信号给第三差分模块；转速计算模块根据测角模块测量得到的永磁同步电机的实际机械角度θ_m计算得到永磁同步电机实际转速ω_m并输出给第三差分模块；第三差分模块对接收到的转速环转速设定信号和永磁同步电机实际转速ω_m进行差分，得到转速偏差值第三差分模块将转速偏差值分别输出给转速环滑模控制模块、速度前馈模块和高速转子扰振自适应前馈补偿模块；转速环滑模控制模块对接收到的转速偏差值进行滑模控制运算得到电机q轴电压控制信号u_q1，然后输出给累加模块；高速转子扰振自适应前馈补偿模块对接收到的转速偏差值进行自适应前馈补偿运算得到电机q轴电压控制信号u_q2，然后输出给累加模块；位置前馈模块对接收到的位置偏差值进行比例运算得到电机q轴电压控制信号u_q3，然后输出给累加模块；速度前馈模块对接收到的转速偏差值进行比例运算得到电机q轴电压控制信号u_q4，然后输出给累加模块；累加模块对接收到的电机q轴电压控制信号u_q1、u_q2、u_q3、u_q4进行累加计算后输出电机q轴控制电压给两相旋转坐标反变换模块；两相旋转坐标反变换模块对接收到的电角度θ_e、d轴电压控制信号和电机q轴控制电压进行两相旋转坐标反变换后输出α‑β坐标系下的控制电压和给空间矢量脉宽调制生成模块，空间矢量脉宽调制生成模块对接收到的α‑β坐标系下的控制电压和进行空间矢量脉宽调制信号生成后输出调制信号SVPWM给全桥驱动电路模块，全桥驱动电路模块根据接收到的调制信号SVPWM对永磁同步电机进行控制。