一种基于MRAS和模糊控制的永磁同步电机控制方法

摘要

本发明公开了一种基于MRAS和模糊控制的永磁同步电机控制方法，采用模型参考自适应方法（MRAS）对永磁同步电机的转子速度进行估计，解决了由于安装机械传感器所产生的问题，提高了控制系统的可靠性并降低控制系统成本。同时，在永磁同步电机低转速时，基于无速度传感器的矢量控制方法的控制效果不理想，负载能力变差，采用模糊控制算法替代永磁同步电机低速时的矢量控制算法的方法，使永磁同步电机在低速时的控制算法简化，使控制系统快速度过低速阶段。

主权项

1.一种基于MRAS和模糊控制的永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）、采集永磁同步电机三相电流i_a、i_b、i_c，然后将其转换到d-q坐标系下，得到d-q轴电流i_d、i_q；（2）、采用模型参考自适应算法（MRAS），对永磁同步电机的转子速度进行估计，得到电磁转速ω_e、d-q坐标系的d轴与电机A相绕组的夹角θ；2.1）、将d-q轴电流i_d、i_q以及d-q轴电压u_d、u_q进行以下运算：$\left[\begin{array}{c}{i}_d^{\prime }\\ i_q^{\prime }\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{i}_d+\psi /L\\ i_q\end{array}\right],$$\left[\begin{array}{c}{u}_d^{\prime }\\ u_q^{\prime }\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{u}_d+\mathrm{R\psi }/L\\ u_q\end{array}\right]---\left(1\right)$其中，R,L分别为永磁同步电机的定子电阻和电感，ψ为基波磁场在定子绕组中产生的磁链；2.2）、然后根据以下公式估计出电磁转速ω_e：${\omega }_e=k_I\underset{0}{\overset{t}{\int }}({\hat{i}}_d^{\prime }{i}_q^{\prime }-i_d^{\prime }{\hat{i}}_q^{\prime })\mathrm{d\tau }+k_P({\hat{i}}_d^{\prime }{i}_q^{\prime }-i_d^{\prime }{\hat{i}}_q^{\prime })---\left(2\right)$其中，k_I,k_P均为正常数，根据以下公式确定$\frac{d}{\mathrm{dt}}\left[\begin{array}{c}{\hat{i}}_d^{\prime }\\ {\hat{i}}_q^{\prime }\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}-R/L& {\omega }_e\\ -{\omega }_e& -R/L\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\hat{i}}_d^{\prime }\\ {\hat{i}}_q^{\prime }\end{array}\right]+\frac{1}{L}\left[\begin{array}{c}{u}_d^{\prime }\\ u_q^{\prime }\end{array}\right]---\left(3\right)$2.3）、对电磁转速ω_e进行积分，得到d-q坐标系的d轴与电机A相绕组的夹角θ；（3）、判断估计出的电磁转速ω_e是否大于设定的低转速阈值，如果大于，则不是低速，进行步骤（4），如果不大于，则为低速，进行步骤（5）；（4）、将驾驶员通过踏板信号给出的期望转速与估计出的电磁转速ω_e进行差值，两转速差值通过矢量控制计算得到电机电压u_d、u_q；电机电压u_d、u_q结合夹角θ进行坐标变换，得到两相静止电压u_α、u_β；然后将得到的两相静止电压u_α、u_β，通过SVPWM调制得到功率开关管开通、关断的脉宽调制信号，驱动三相逆变模块中的功率器件产生三相正弦电压，输出相应的三相电流i_a、i_b、i_c，控制永磁同步电机旋转，使得估计出的电磁转速ωe跟踪期望转速从而实现永磁同步电机的控制；（5）、将d-q轴电流i_d、i_q进行矢量相加，得到电流i_s：$i_s=\sqrt{{i_d}^2+{i_q}^2}---\left(4\right);$然后进行模糊控制运算：5.1）、对电磁转速ω_e、电流i_s进行标幺化，标幺化公式为：$i_{s^{*}}=\frac{i_s}{i_{\mathrm{sN}}}---\left(5\right)$${\omega }_{e^{*}}=\frac{{\omega }_e}{{\omega }_{\mathrm{eN}}}---\left(6\right)$其中，i_sN和ω_eN分别为额定电流和额定电磁转速，标幺化后的电磁转速ω_e*、电流i_s*的大小范围为0到1；5.2）、将电磁转速ω_e*、电流i_s*模糊化为三个状态：{N,Z,P}，其中，N表示小，Z表示中，P表示大；模糊规则为：a、如果i_s*值大，则△u_s*和△θ_*的值为小；b、如果i_s*值中，并且ω_e*值为小，则△u_s*和△θ_*的值为大；如果i_s*值中，并且ω_e*值为中，则△u_s*和△θ_*的值为中；如果i_s*值中，并且ω_e*值大，则△u_s*和△θ_*的值为小；c、如果i_s*值小，并且ω_e*值为小，则△u_s*和△θ_*的值为大；如果i_s*值小，并且ω_e*值为中，则△u_s*和△θ_*的值为中；如果i_s*值小，并且ω_e*值大，则△u_s*的值为中、△θ_*的值为小；依据电磁转速ω_e*、电流i_s*模糊化的状态，通过模糊规则，找到对应的输出参数△u_s*和△θ_*的模糊化状态，并依据模糊集隶属函数确定相应的值；5.3）、输出参数△u_s*和△θ_*经过积分，得到u_s*和θ_*；u_s*和θ_*经过逆标幺化得到u_s和θ′；u_s以固定角度45°角进行向量分解，得到电机电压u_d和u_q；5.4）、电机电压u_d和u_q结合夹角θ′进行坐标变换，得到两相静止电压u_α、u_β；然后将得到的两相静止电压u_α、u_β，通过SVPWM调制得到功率开关管开通、关断的脉宽调制信号，驱动三相逆变模块中的功率器件产生三相正弦电压，输出相应的三相电流i_a、i_b、i_c，控制永磁同步电机旋转，电磁转速ω_e不断提高，直到超过设定的低转速阈值，从而实现永磁同步电机的控制。