本發(fā)明屬于永磁同步電機控制，具體涉及針對處于電流偏置誤差和逆變器非線性電壓誤差雙重影響下的電機電流補償與控制。

背景技術(shù)：

1、目前，本領(lǐng)域中針對永磁同步電機(pmsm)的控制主要是利用傳感器采集電流信號，并結(jié)合pi控制和模型預測控制等算法輸出參考電壓。然而，電流傳感器隨著使用常發(fā)生老化、失效等多種可能導致測量誤差的情況，例如偏置誤差和縮放誤差。其中，偏置誤差會導致電機電流大幅波動，從而影響電機輸出轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定性?，F(xiàn)有技術(shù)針對此類誤差補償方法往往依賴于電機轉(zhuǎn)速，且涉及多個參數(shù)的調(diào)節(jié)，存在控制復雜且不易實現(xiàn)的缺點。

2、此外，在pmsm電流控制中，由于逆變器的死區(qū)效應，使得實際作用于電機的電壓與參考電壓之間會存在偏差，進而導致電流和轉(zhuǎn)矩無法準確跟隨目標值?，F(xiàn)有的電壓補償方法如基于a/b/c三相電流方向的補償，在存在電流偏置誤差和零電流鉗位效應時，則會出現(xiàn)三相電流符號判斷錯誤的問題，從而造成補償實失效、甚至影響控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3、由此可見，本領(lǐng)域迫切需要建立一種用于永磁同步電機電流控制的雙重補償策略，以解決由電流偏置誤差造成的電流周期性波動問題和由逆變器非線性造成的輸出轉(zhuǎn)矩不足問題，從而保證電機精確的電流控制與轉(zhuǎn)矩輸出。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，針對本領(lǐng)域中所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種永磁同步電機電流測量誤差與逆變器非線性誤差的雙重補償方法，具體包括以下步驟：

2、①考慮偏置誤差及其帶來的擾動量，建立永磁同步電機α/β軸電壓方程；

3、②采用非線性擾動觀測器對擾動量進行估計，基于擾動估計結(jié)果并使用低通濾波器得到偏置誤差的平滑估計結(jié)果，在此基礎(chǔ)上形成補償電流；

4、③將理想電壓指令與考慮逆變器非線性效應時的實際作用電壓分別在一個控制周期內(nèi)的積分平均值進行比較，并計算得到非線性電壓誤差及相應的補償電壓指令；

5、④建立傳統(tǒng)永磁同步電機的無差拍預測控制模型，將步驟②得到的補償電流用于d/q軸電流估計，并基于補償后的d/q軸電流估計結(jié)果以及步驟③得到的補償電壓指令，計算得到下一時刻電壓指令，實現(xiàn)偏置誤差與逆變器非線性電壓誤差的雙重補償，最終得到精確的電流與輸出轉(zhuǎn)矩。

6、進一步地，步驟①中建立α/β軸電壓方程的具體過程包括：

7、針對常規(guī)α/β軸永磁同步電機電壓方程：

8、

9、式中，uα、uβ、iα、iβ分別為α/β軸電壓和電流；ωe為轉(zhuǎn)子電角速度；θr為電角度；rs為定子電阻；lα、lβ為α/β軸電感；ψf為轉(zhuǎn)子磁鏈，t為時間；

10、考慮α/β軸偏置誤差δiα、δiβ，將α/β軸電流實測值表示為：

11、

12、引入由偏置誤差δiα、δiβ所帶來的擾動量fα和fβ，得到以下新的電壓方程：

13、

14、其中，擾動量

15、進一步地，步驟②采用非線性擾動觀測器估計擾動量的過程具體包括：

16、首先由包含偏置誤差的α/β軸電壓方程推導出電流實測值的導數(shù)表達式：

17、

18、則根據(jù)非線性擾動觀測器的原理得到以下擾動量的估計方程：

19、

20、式中，為擾動量fα、fβ的估計值，kα、kβ為觀測器增益；

21、根據(jù)上述公式，定義中間變量zα、zβ如下：

22、

23、通過對中間變量zα、zβ求導，并將電流實測值的導數(shù)代入得到：

24、

25、則擾動量估計值可表示為：

26、

27、并可得到從擾動量估計值到偏置誤差的估計值的傳遞函數(shù)gα(s)、gβ(s)為：

28、

29、為了減少噪聲對觀測結(jié)果的影響，采用低通濾波器對偏置誤差的估計值進行以下濾波：

30、

31、式中，m為濾波系數(shù)，取值范圍在(0,1)之間；為k時刻的α/β軸偏置誤差估計值；分別為k時刻、k-1時刻濾波后的α/β軸偏置誤差估計值；

32、對k時刻濾波后的α/β軸偏置誤差估計值進行park變換后，即得到k時刻的d/q軸偏置誤差估計值

33、

34、進一步地，步驟③中計算非線性電壓誤差及相應補償電壓指令的具體過程包括：

35、針對常規(guī)永磁同步電機d/q軸電壓方程：

36、

37、式中，ud、uq、id、iq分別為d/q軸電壓和電流；ld、lq為d/q軸電感；

38、考慮逆變器非線性主要影響q軸電流穩(wěn)態(tài)誤差，并忽略其對d軸電流穩(wěn)態(tài)誤差的影響，則q軸的理想電壓指令為：

39、

40、在穩(wěn)態(tài)條件下認為同時結(jié)合d軸電流參考值為0，即的矢量控制，由此將q軸的理想電壓指令簡化為：

41、

42、式中，為q軸電流參考值。在穩(wěn)態(tài)條件下，可認為q軸的理想電壓指令為常數(shù)。

43、根據(jù)空間矢量脈寬調(diào)制算法的平均值等效原理，在理想情況下作用在電機上的電壓在一個控制周期ts內(nèi)的平均值應滿足：

44、

45、考慮到逆變器的非線性效應，實際作用在電機上的電壓uq(t)、理想情況下作用在電機上的電壓以及誤差電壓δuq(t)三者間具有以下關(guān)系：

46、

47、引入常數(shù)δuq作為誤差電壓δuq(t)在一個控制周期ts內(nèi)的平均值，即：

48、

49、則上述三者在一個控制周期ts內(nèi)的平均值滿足如下表達式：

50、

51、故為消除由逆變器非線性造成的電壓誤差，將補償后的電壓指令設(shè)置為：

52、

53、則補償后的電壓指令經(jīng)過逆變器后實際作用在電機上的電壓uq(t)在一個控制周期ts內(nèi)的平均值為：

54、

55、進一步地，步驟④中首先建立以下傳統(tǒng)永磁同步電機無差拍預測控制模型：

56、

57、式中，id(k)、iq(k)、ud(k)、uq(k)分別為k時刻的d/q軸電流和電壓；ωe(k)為k時刻的轉(zhuǎn)子電角速度；為預測的k+1時刻的d/q軸電流；為k+1時刻的電壓指令；

58、將步驟①中得到的k時刻的d/q軸偏置誤差估計值補償?shù)诫娏鲗崪y值中，得到準確的d/q軸電流估計值

59、

60、利用上述d/q軸電流估計值對k+1時刻d/q軸電流實現(xiàn)準確預測：

61、

62、在此基礎(chǔ)上參照建立的無差拍電流預測控制模型，得到k+1時刻的電壓指令

63、

64、通過步驟②中同樣的電壓指令補償方式，得到補償后的k+1時刻的電壓指令為：

65、

66、上述本發(fā)明所提供的永磁同步電機電流測量誤差與逆變器非線性誤差的雙重補償方法，通過將非線性擾動觀測器與低通濾波器有機結(jié)合，能夠?qū)﹄娏鳒y量誤差進行精確估計與補償；同時，在對實際作用于電機的電壓與參考電壓的積分對比基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出了適用于逆變器非線性所引起電壓誤差的有效補償手段。本發(fā)明在實施中無需電機轉(zhuǎn)速信息與a/b/c三相電流符號判斷，可簡單、高效地消除由兩種誤差帶來的電流周期性波動與轉(zhuǎn)矩輸出不足，并實現(xiàn)電流和轉(zhuǎn)矩的準確跟隨與精確控制，具有算法簡單、執(zhí)行時間短等優(yōu)點，有助于為電機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提供了有效保障，從而能夠被廣泛地應用于工程實踐。