[发明专利]一种同步电机的复合控制器

摘要

本发明提出了一种同步电机复合控制器，属于电机控制领域，其特征在于，含有：一个速度前馈控制器、一个速度反馈控制器和个数与相数相同的相电流控制器。其中相电流控制器包含一个超前-滞后网络、相电流闭环控制器。速度指令经过所述速度前馈控制器得到速度前馈控制电压。速度指令经过所述速度反馈控制器为相电流指令。所述相电流指令分别经过所述超前-滞后网络和所述相电流闭环控制器分别得到相电流前馈控制电压和相电流反馈控制电压。速度前馈控制电压、相电流前馈控制电压和相电流反馈控制电压之和为各相控制电压。本发明较传统闭环控制在相同性能指标下具有更低的闭环增益，更高的稳定裕度。物理概念清晰、控制律设计方便、易于编程实现。

主权项

1.一种同步电机的复合控制器，其特征在于，含有：一个速度前馈控制器、一个速度反馈控制器、N个相电流控制器，N代表同步电机的相数；其中：速度前馈控制器包含一个比例环节、一个旋转坐标变换器；所述比例环节由同步电机反电动势常数确定，其数学表达式为C_e，所述转子速度外部参考输入ω_r经过所述比例环节后，得到速度前馈控制电压幅值C_eω_r；所述旋转坐标变换器为包含电机转子位置角θ和各相与第一相之间相位差φ的正弦函数，其数学表达式为sin(θ+φ)，对两相同步电机，式中对三相及三相以上电机φ_X=(-2π／N)×(X-1)，X代表电机各相绕组，可取1、2、3、...、N；所述速度前馈控制电压幅值经过所述旋转坐标变换器，得到N个绕组的速度前馈控制电压：e_FFX=C_eω_rsin(θ+φ_X)；速度反馈控制器包含一个减法器、一个PID控制器和一个旋转坐标变换器；所述减法器实现转子速度外部参考输入ω_r与转子角速度ω相减运算，得到产生转速误差；上述转速误差经过所述PID控制器，得到与系统所需力矩成正比的相电流参考输入幅值i_r；所述旋转坐标变换器为包含电机转子位置角θ和各相与第一相之间相位差φ的正弦函数，其数学表达式为sin(θ+φ)，对两相同步电机，式中对三相及三相以上电机φ_X=(-2π／N)×(X-1)，X代表电机各相绕组，可取1、2、3、...、N；所述相电流参考输入幅值i_r经过所述旋转坐标变换器，得到N个相电流参考输入i_{X_r}=i_rsin(θ+φ_X)，输出到N个相电流控制器；N个相电流控制器，每个所述相电流控制器包含一个减法器、一个相电流超前-滞后网络、一个相电流反馈控制器；所述减法器实现所述相电流参考输入i_{X_r}与相电流i_X相减运算，得到产生相电流误差；所述相电流反馈控制器为PI控制器，上述相电流误差经过所述相电流反馈控制器，得到相电流反馈控制电压u_FX；所述相电流超前-滞后网络的超前部分由同步电机电枢数学模型得到，其值由同步电机各相绕组电感、各相电阻确定，由于微分环节的引入可能放大测量噪声，因此所述相电流超前-滞后网络的滞后部分为一个低通滤波器，其中所述低通滤波器的时间常数的取值范围是所述相电流超前-滞后网络通过拉式变换，其数学表达式为：其中T为所述低通滤波器的时间常数，L为各相绕组电感，R为各相绕组电阻；所述相电流参考输入i_{X_r}经过所述超前-滞后网络，得到相电流前馈控制电压u_FFX=Zi_rsin(θ+φ_X)，其中根据同步电机各相电感L、各相电阻R，低通滤波器时间常数求得；N个所述相电流控制器共输出N个所述相电流反馈控制电压u_FX和N个相电流前馈控制电压u_FFX；所述N个绕组的速度前馈控制电压e_FFX、N个相电流反馈控制电压u_FX和N个相电流前馈控制电压u_FFX进行求和，得到N个绕组的实时控制电压矢量和为：u_X=u_FFX+u_FX+e_FFX。