一種交流伺服系統(tǒng)的電流控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于交流伺服控制技術(shù)領(lǐng)域，基于電壓觀測(cè)器和電壓預(yù)測(cè)器，為一種交流 伺服的電流控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于高效率、高功率密度、無換向刷和高精度等優(yōu)點(diǎn)，目前交流伺服已經(jīng)廣泛應(yīng)用 于機(jī)械加工、機(jī)器人等工業(yè)領(lǐng)域。交流伺服一般采用=環(huán)級(jí)聯(lián)的控制方法，由內(nèi)而外分為電 流環(huán)控制、速度環(huán)控制和位置環(huán)控制。在=環(huán)級(jí)聯(lián)控制方法下，電流環(huán)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能往往 是整個(gè)交流伺服系統(tǒng)高性能的關(guān)鍵。
[0003] 目前，在伺服系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的是PI控制。PI調(diào)節(jié)器作為經(jīng)典控制方法，具有 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。一般在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)盡量提高PI調(diào)節(jié)器的增益W獲得更好的 響應(yīng)性能，但是過高的增益會(huì)帶來較大的超調(diào)乃至振動(dòng)，造成穩(wěn)定性的下降。因此，PI調(diào)節(jié) 器具有動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性相矛盾的缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中很難兼顧動(dòng)態(tài)與穩(wěn)態(tài)兩個(gè)指標(biāo)。
[0004] 文獻(xiàn)1《永磁同步電機(jī)改進(jìn)電流預(yù)測(cè)控制K《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，2013,28(3):50-55, 王偉華，肖犧，下有爽)采用了改進(jìn)預(yù)測(cè)控制的方法調(diào)節(jié)電流環(huán)，文中的仿真部分和實(shí)驗(yàn)部 分說明了其算法的可行性。但是該方法的推導(dǎo)中，首先假設(shè)電壓方程中的禪合項(xiàng)和反電勢(shì) 項(xiàng)在短時(shí)間內(nèi)保持不變(文獻(xiàn)第3頁）。而禪合項(xiàng)是電感、轉(zhuǎn)速、電流的乘積，在許多場(chǎng)合，即 便是在短時(shí)間內(nèi)，電流和轉(zhuǎn)速的變化也是很顯著的，因此禪合項(xiàng)短時(shí)間內(nèi)是變化較大的，而 禪合項(xiàng)在短時(shí)間內(nèi)不變運(yùn)一假設(shè)就直接影響了文獻(xiàn)1算法的準(zhǔn)確性。
[0005] 文獻(xiàn)2《Speed Control for PMSM Servo System Using Predictive F^mctional Control and Extended State 0bserver》（Liu,H.,&Li,S.(2012). IEEE Transactions on Industrial Electronics,59(2), 1171-1183.)采用了擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器和預(yù)測(cè)函數(shù)控制的 方法控制伺服系統(tǒng)的速度環(huán)，文獻(xiàn)方法應(yīng)用于永磁同步電機(jī)先進(jìn)控制技術(shù)領(lǐng)域，較傳統(tǒng)方 法相比性能更為優(yōu)越。但是文獻(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，預(yù)測(cè)函數(shù)控制方法中的滾動(dòng)優(yōu)化依賴 計(jì)算機(jī)優(yōu)化計(jì)算，目前在工程中應(yīng)用尚具有一定的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的問題是:針對(duì)交流伺服現(xiàn)有電流控制方法動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能的不足， 動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性相矛盾的缺點(diǎn)的問題，需要一種電流控制方法，在不影響穩(wěn)定性的前提 下獲得更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種交流伺服的電流控制方法，基于電壓觀測(cè)器和電壓預(yù) 測(cè)器輔助交流伺服的電流環(huán)控制，按W下步驟實(shí)現(xiàn)：
[000引步驟一:離散采樣，W電流環(huán)控制周期Ts為采樣周期進(jìn)行離散采樣，得到電機(jī)的d、 q軸離散電壓方程；
[0009] 步驟二:d、q軸電壓觀測(cè)，針對(duì)電機(jī)的d、q軸離散電壓方程，分別設(shè)計(jì)d軸電壓觀測(cè) 器和q軸電壓觀測(cè)器，得到k時(shí)刻的d軸電壓觀測(cè)量和q軸電壓觀測(cè)量；
[0010]步驟^:d、q軸電壓預(yù)測(cè)，根據(jù)k+1之前時(shí)刻的d、q軸電壓和電流，預(yù)測(cè)k+1時(shí)刻的d、 q軸電壓；
[0011] 步驟四：d、q軸控制電壓生成，根據(jù)k時(shí)刻的d軸電壓觀測(cè)量和q軸電壓觀測(cè)量，結(jié)合 k+1時(shí)刻的d、q軸電壓預(yù)測(cè)量，生成d、q軸控制電壓，用于交流伺服的電流控制。
[0012] 本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)快速且高精度的交流伺服電流控制，有益效果具體表現(xiàn)為：
[0013] (1)形式簡(jiǎn)單，與文獻(xiàn)1的PI調(diào)節(jié)器相比，本發(fā)明沒有將控制邏輯復(fù)雜化，同樣具有 形式簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
[0014] (2)本發(fā)明設(shè)計(jì)了電壓觀測(cè)器，消除了禪合項(xiàng)等時(shí)變因素帶來的影響，在此基礎(chǔ)上 得到電流預(yù)測(cè)器，基于預(yù)測(cè)控制獲得了更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。
[0015] (3)圖3對(duì)比說明了本發(fā)明中的控制效果。從圖3中可W看出PI調(diào)節(jié)器(現(xiàn)有技術(shù) 1)、文獻(xiàn)1控制方式(現(xiàn)有技術(shù)2)和本發(fā)明的控制方式都具有很好的穩(wěn)定性，穩(wěn)態(tài)誤差3 0。 而在動(dòng)態(tài)性能上，本發(fā)明明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)1和現(xiàn)有技術(shù)2。
[0016] 為了說明動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，W超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間為動(dòng)態(tài)指標(biāo)，=者對(duì)比如下表所示。 其中調(diào)節(jié)時(shí)間W進(jìn)入5%〇誤差帶為基準(zhǔn)。

【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明的步驟流程圖。
[0019] 圖2為本發(fā)明的控制原理框圖。
[0020] 圖3是本發(fā)明的有益效果仿真圖，其中實(shí)現(xiàn)表示q軸給定電流，點(diǎn)線表示PI調(diào)節(jié)器 (現(xiàn)有技術(shù)1)的控制效果，點(diǎn)虛線表示文獻(xiàn)1控制方式(現(xiàn)有技術(shù)2)的控制效果，虛線表示本 發(fā)明的控制效果。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 本發(fā)明為一種交流伺服的電流控制方法，基于電壓觀測(cè)器和電壓預(yù)測(cè)器輔助交流 伺服的電流環(huán)控制，如圖1所示，按W下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0022] 步驟一:離散采樣，W電流環(huán)控制周期Ts為采樣周期進(jìn)行離散采樣，得到電機(jī)的d、 q軸離散電壓方程；
[0023] 步驟二:d、q軸電壓觀測(cè)，針對(duì)電機(jī)的d、q軸離散電壓方程，分別設(shè)計(jì)d軸電壓觀測(cè) 器和q軸電壓觀測(cè)器，得到k時(shí)刻的d軸電壓觀測(cè)量和q軸電壓觀測(cè)量；
[0024] 步驟S:d、q軸電壓預(yù)測(cè)，根據(jù)k+1之前時(shí)刻的d、q軸電壓和電流，預(yù)測(cè)k+1時(shí)刻的d、 q軸電壓；
[0025] 步驟四：d、q軸控制電壓生成，根據(jù)k時(shí)刻的d軸電壓觀測(cè)量和q軸電壓觀測(cè)量，結(jié)合 k+1時(shí)刻的d、q軸電壓預(yù)測(cè)量，生成d、q軸控制電壓，用于交流伺服的電流控制。
[0026] 為了說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，結(jié)合Matlab R2010a進(jìn)行闡述。仿真電機(jī)參數(shù)設(shè) 置為:定子電阻R為0.668 Q ;極對(duì)數(shù)np為4; d軸電感Ld為3.66恤;q軸電感Lq為3.66mH;額定電 流為4A;額定轉(zhuǎn)速為3000巧m，電流環(huán)控制周期為20iis，電機(jī)采用i/ = 0控制。
[0027] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟說明。
[0028] 步驟一:離散采樣單元，W電流環(huán)控制周期Ts為采樣周期進(jìn)行離散采樣，得到電機(jī) 的d、q軸離散電壓方程。
[0029] 在本實(shí)施例中W采樣周期Ts = 20ys為例，實(shí)際取值根據(jù)具體情況而定。W永磁同 步電機(jī)的電壓方程為實(shí)施例，本步驟得到的電機(jī)的d、q軸離