總的而言本發(fā)明涉及電機(jī)，特別涉及一種基于諧波觀測(cè)器的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電動(dòng)車(chē)輛，例如電動(dòng)汽車(chē)，越來(lái)越受到人們的青睞。目前電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)一般采用蓄電池+永磁電機(jī)的模式，控制系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)/閉環(huán)控制。對(duì)于開(kāi)環(huán)控制而言，車(chē)輛(車(chē)速)不能精確的跟隨給定，已逐步淘汰。在閉環(huán)控制中，當(dāng)前一般采用速度閉環(huán)控制方式，其采用傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器對(duì)給定速度與實(shí)際速度的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，根據(jù)調(diào)整結(jié)果控制逆變器的輸出。這種控制方式，系統(tǒng)響應(yīng)速度慢，調(diào)整過(guò)程中易出現(xiàn)超調(diào)，實(shí)際速度圍繞設(shè)定值長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)，這樣就造成在車(chē)輛提速過(guò)程中駕駛者感覺(jué)車(chē)速不穩(wěn)定。永磁同步電機(jī)通常采用矢量控制，精確的轉(zhuǎn)子位置必不可少。機(jī)械位置傳感器能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的高精度檢測(cè)，但通常價(jià)格高昂，易受環(huán)境條件限制，而且存在增加電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、增大系統(tǒng)體積及系統(tǒng)可靠性降低等缺點(diǎn)。除此之外，目前電動(dòng)車(chē)輛一般采用斬波升壓(boost)的方式對(duì)蓄電池的輸出電壓進(jìn)行升壓，這種方式開(kāi)關(guān)管損耗大，功率因數(shù)低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種基于諧波觀測(cè)器的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

一種基于諧波觀測(cè)器的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括：DC/DC變換單元、逆變器、永磁電機(jī)、MCU、諧波生成器以及諧波觀測(cè)器；DC/DC變換單元與電池相連，DC/DC變換單元的輸出端連接逆變器，逆變器與永磁電機(jī)相連；通過(guò)電壓傳感器分別檢測(cè)DC/DC變換單元的輸入電壓Vin和輸出電壓Vo，通過(guò)電流傳感器檢測(cè)逆變器的輸出電流ia、ib，通過(guò)諧波觀測(cè)器對(duì)永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速ω_m和轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行觀測(cè)；諧波生成器用于按照指令生成高次正弦諧波信號(hào)，并將生成的諧波信號(hào)注入q軸電壓中；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，它包括Cark變換模塊、Park變換模塊、諧波生成器、分?jǐn)?shù)階PID調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、Park逆變換模塊、脈沖寬度調(diào)制模塊和逆變器、諧波觀測(cè)器包括HPF(高通濾波器)、極性判斷模塊和位置觀測(cè)模塊；HPF與Park變換模塊的輸出相連，極性判斷模塊和位置觀測(cè)模塊均與HPF相連，極性判斷模塊用于對(duì)轉(zhuǎn)子極性進(jìn)行判斷，位置觀測(cè)模塊利用注入的諧波信號(hào)觀測(cè)轉(zhuǎn)子位置θ和實(shí)際轉(zhuǎn)速ωm；轉(zhuǎn)子位置θ發(fā)送給Park逆變換模塊和Park變換模塊的轉(zhuǎn)子位置數(shù)據(jù)輸入端；轉(zhuǎn)速ωm發(fā)送至第一比較器的反向輸入端，第一比較器的正向輸入端與轉(zhuǎn)速給定信號(hào)相連，第一比較器的輸出端與分?jǐn)?shù)階PID調(diào)節(jié)器的輸入端連接，分?jǐn)?shù)階PID調(diào)節(jié)器的輸出端連接第二比較器的正向輸入端，第二比較器的反向輸入端與Park變換模塊的q軸電流輸出端相連，采用d軸電流恒零控制，即d軸電流給定值恒為零，這一給定值與第三比較器的正向輸入端相連，第三比較器的反向輸入端與Park變換模塊的d軸電流輸出端相連，第二比較器和第三比較器的輸出端與電流調(diào)節(jié)器相連，電流調(diào)節(jié)器的輸出端通過(guò)Park逆變換模塊與脈沖寬度調(diào)制模塊相連，脈沖寬度調(diào)制模塊輸出調(diào)制信號(hào)至逆變器，逆變器接收DC/DC變換單元的輸出電壓Vo；第二比較器對(duì)iq與進(jìn)行比較，第三比較器對(duì)id與進(jìn)行比較，第二比較器和第三比較器的比較結(jié)果送入電流調(diào)節(jié)器，通過(guò)電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到dq軸坐標(biāo)系下的q軸電壓給定值和d軸電壓給定值Park逆變換模塊對(duì)和進(jìn)行Park逆變換后，依次輸出給脈沖寬度調(diào)制模塊和逆變器，從而得到永磁同步電機(jī)的三相輸入電壓，驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)運(yùn)行；所述DC/DC變換單元包括電感L、串聯(lián)連接的晶體管Q1與Q2，晶體管Q1與Q2分別反并聯(lián)有二極管D1與D2；電感L一端經(jīng)由開(kāi)關(guān)SR1連接到電池的正極，另一端連接到晶體管Q1與晶體管Q2之間的中間點(diǎn)；電容C1的一端連接于開(kāi)關(guān)SR1與電感L之間，另一端接電池負(fù)極，電容器C1對(duì)電池電壓進(jìn)行平滑；晶體管Q1與Q2串聯(lián)后與電容C2并聯(lián)，電容C2作為DC/DC變換單元的輸出電容，逆變器連接于電容C2的兩端；電壓傳感器V1檢測(cè)電池的電壓Vin，并將檢測(cè)得到的電壓Vin提供給MCU；MCU控制開(kāi)關(guān)SR1的開(kāi)/閉；MCU以PWM的方式分別向晶體管Q1與Q2提供觸發(fā)信號(hào)G11、G12；電壓傳感器V2檢測(cè)DC/DC變換單元的輸出電壓Vo，并將檢測(cè)得到的電壓Vo提供給MCU；DC/DC變換單元對(duì)來(lái)自電容器C1的電壓進(jìn)行升壓，并將升壓后的電壓提供給電容器C2；電容器C2對(duì)輸出電壓進(jìn)行平滑，并將平滑后的電壓提供給逆變器；MCU將電壓Vo與設(shè)定值Vdc相比較，根據(jù)二者的差值調(diào)節(jié)G11、G12的占空比，從而使得Vo＝Vdc。

本發(fā)明的有益效果是：采用轉(zhuǎn)速外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)速可以快速跟隨給定，提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度；DC/DC變換單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；通過(guò)采用分?jǐn)?shù)階PID使得系統(tǒng)具有了更大的調(diào)節(jié)范圍，獲得了比傳統(tǒng)PID更好的控制品質(zhì)及更強(qiáng)的魯棒性；利用諧波注入法對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角進(jìn)行觀測(cè)，從而取代了傳統(tǒng)的機(jī)械位置傳感器，降低了系統(tǒng)成本，提高了可靠性；電流環(huán)中加入了限幅與閉環(huán)反饋環(huán)節(jié)，保證了電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，避免電機(jī)出現(xiàn)過(guò)調(diào)制。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為DC/DC變換單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為分?jǐn)?shù)階PID的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為分?jǐn)?shù)階PID整定流程圖；

圖6為電流調(diào)節(jié)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明控制結(jié)果比較圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說(shuō)明，使本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。

首先結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)做說(shuō)明。本發(fā)明提供了一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：DC/DC變換單元、逆變器、永磁電機(jī)、MCU(主控單元)，角生成器以及諧波觀測(cè)器等。DC/DC變換單元與電池相連，DC/DC變換單元的輸出端連接逆變器，逆變器與永磁電機(jī)相連，通過(guò)永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛運(yùn)行。通過(guò)電壓傳感器分別檢測(cè)DC/DC變換單元的輸入電壓Vin和輸出電壓Vo，通過(guò)電流傳感器檢測(cè)逆變器的輸出電壓ia、ib，通過(guò)諧波觀測(cè)器對(duì)永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速ω_m和轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測(cè)，這些檢測(cè)信號(hào)被送入MCU，MCU根據(jù)這些檢測(cè)信號(hào)分別向DC/DC變換單元和逆變器輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)G1、G2，從而調(diào)節(jié)DC/DC變換單元和逆變器的輸出。

整個(gè)系統(tǒng)由一塊MCU處理器控制運(yùn)行，各個(gè)部分協(xié)調(diào)運(yùn)行，人機(jī)交換部分可采用LCD和按鍵實(shí)現(xiàn)(圖中未示出)。MCU控制逆變器中IGBT的導(dǎo)通頻率，從而實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)線圈磁場(chǎng)順序變化驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；諧波生成器用于按照指令生成高次正弦諧波信號(hào)；電流檢測(cè)電路通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)線圈的相電流，并與MCU處理器中電機(jī)理論模型進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)控制，以及實(shí)現(xiàn)電機(jī)的過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)。

下面對(duì)本發(fā)明中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)做詳細(xì)介紹，請(qǐng)參閱圖2。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，它包括Cark變換模塊、Park變換模塊、諧波觀測(cè)器、角生成器、分?jǐn)?shù)階PID調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、Park逆變換模塊、脈沖寬度調(diào)制模塊和逆變器；諧波觀測(cè)器包括HPF(高通濾波器)、極性判斷模塊和位置觀測(cè)模塊。

其中，HPF與Park變換模塊的輸出相連，極性判斷模塊和位置觀測(cè)模塊均與HPF相連，極性判斷模塊用于對(duì)轉(zhuǎn)子極性進(jìn)行判斷，位置觀測(cè)模塊利用注入的諧波信號(hào)觀測(cè)轉(zhuǎn)子位置θ和實(shí)際轉(zhuǎn)速ωm。轉(zhuǎn)子位置θ發(fā)送給Park逆變換模塊和Park變換模塊的轉(zhuǎn)子位置數(shù)據(jù)輸入端；轉(zhuǎn)速ωm發(fā)送至第一比較器的反向輸入端，第一比較器的正向輸入端與轉(zhuǎn)速給定信號(hào)相連，轉(zhuǎn)速給定信號(hào)可以由油門(mén)踏板給出。第一比較器的輸出端與分?jǐn)?shù)階PID調(diào)節(jié)器的輸入端連接。分?jǐn)?shù)階PID調(diào)節(jié)器的輸出端連接第二比較器的正向輸入端，第二比較器的反向輸入端與Park變換模塊的q軸電流輸出端相連。本發(fā)明中采用d軸電流恒零控制，即d軸電流給定值恒為零，這一給定值與第三比較器的正向輸入端相連，第三比較器的反向輸入端與Park變換模塊的d軸電流輸出端相連。第二比較器和第三比較器的輸出端與電流調(diào)節(jié)器相連，電流調(diào)節(jié)器的輸出端通過(guò)Park逆變換模塊與脈沖寬度調(diào)制模塊相連，脈沖寬度調(diào)制模塊輸出調(diào)制信號(hào)至逆變器，逆變器接收DC/DC變換單元的輸出電壓Vo，根據(jù)調(diào)制信號(hào)打開(kāi)/關(guān)閉逆變器中的IGBT，從而輸出可變頻率的電壓信號(hào)至永磁電機(jī)。

永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置θ、轉(zhuǎn)速ωm，通過(guò)電流傳感器采集逆變器輸出的其中兩相ia、ib，ia、ib經(jīng)過(guò)Clark變換和Park變換，得到永磁同步電機(jī)在dq軸坐標(biāo)系下的等效電流id和iq。第一比較器將轉(zhuǎn)速給定值與實(shí)際轉(zhuǎn)速ω_m進(jìn)行比較，偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)分?jǐn)?shù)階PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，分?jǐn)?shù)階PID調(diào)節(jié)器的輸出值作為q軸的電流給定值d軸電流給定值

第二比較器對(duì)iq與進(jìn)行比較，第三比較器對(duì)id與進(jìn)行比較，第二比較器和第三比較器的比較結(jié)果送入電流調(diào)節(jié)器，通過(guò)電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到dq軸坐標(biāo)系下的q軸電壓給定值和d軸電壓給定值Park逆變換模塊對(duì)和進(jìn)行Park逆變換后，依次輸出給脈沖寬度調(diào)制模塊和逆變器，從而得到永磁同步電機(jī)的三相輸入電壓，驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)運(yùn)行。

其中，Clark變換、Park變換、Park逆變換分別通過(guò)下式(1)、(2)、(3)實(shí)現(xiàn)。

式中，i_α和i_β均為兩相靜止坐標(biāo)系(簡(jiǎn)稱αβ坐標(biāo)系)下的等效電流，i_a、i_b和i_c為永磁同步電機(jī)的三相電流，i_d和i_q為永磁同步電機(jī)在dq軸坐標(biāo)系下的等效電流，θ為永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置。

下面重點(diǎn)對(duì)本發(fā)明中的諧波觀測(cè)器做詳細(xì)介紹。本發(fā)明通過(guò)諧波生成器向d軸注入高次諧波u_h，高頻分量疊加基頻分量再經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換得到調(diào)制電壓u_α和u_β，脈沖寬度調(diào)制模塊產(chǎn)生逆變器IGBT的開(kāi)關(guān)信號(hào)，采用電流傳感器采樣定子A相、B相電流，變換到αβ坐標(biāo)系中得到i_α和i_β。將i_α和i_β變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中得到包含高次諧波的d軸電流信號(hào)和q軸電流信號(hào)，包含高次諧波的d軸電流信號(hào)和q軸電流信號(hào)通過(guò)LPF(低通濾波器)后其中的基頻分量i_d和i_q被提取作為電流調(diào)節(jié)器的反饋量，通過(guò)HPF后其中的高頻分量i_dh、i_qh被提取用于估計(jì)出轉(zhuǎn)子位置θ及轉(zhuǎn)速ω_m。

具體而言，諧波生成器產(chǎn)生高次諧波u_h，并注入到d軸中，u_h＝Ksin(ωt+π)。其中，K為高頻電壓幅值，ω為高頻電壓角頻率，t表示信號(hào)注入時(shí)間。根據(jù)注入的高次諧波u_h，計(jì)算信號(hào)調(diào)制數(shù)組Am的維數(shù)N，生成信號(hào)調(diào)制數(shù)組Am，通過(guò)HPF后其中的高頻分量i_dh、i_qh。將i_qh與信號(hào)調(diào)制數(shù)組Am相乘得到目標(biāo)值P1，P1＝i_qh*Am；根據(jù)目標(biāo)值P1獲取磁極位置估計(jì)值θ_p及轉(zhuǎn)速估計(jì)值ω_r；將i_dh與信號(hào)調(diào)制數(shù)組Am相乘得到目標(biāo)值P2，P2＝i_dh*Am；根據(jù)目標(biāo)值P2判斷磁極極性，對(duì)θ_p補(bǔ)償后輸出轉(zhuǎn)子位置估計(jì)值θ。本發(fā)明利用估計(jì)的d軸電流分量進(jìn)行極性判斷，充分利用了高頻電流響應(yīng)，無(wú)需注入額外信號(hào)；降低了觀測(cè)器的復(fù)雜度，易于數(shù)字實(shí)現(xiàn)。

圖3為本發(fā)明中DC/DC變換單元的結(jié)構(gòu)示意圖，DC/DC變換單元包括電感L、串聯(lián)連接的晶體管Q1與Q2，晶體管Q1與Q2分別反并聯(lián)有二極管D1與D2。電感L一端經(jīng)由開(kāi)關(guān)SR1連接到電池的正極，另一端連接到晶體管Q1與晶體管Q2之間的中間點(diǎn)。電容C1的一端連接于開(kāi)關(guān)SR1與電感L之間，另一端接電池負(fù)極，電容器C1對(duì)電池電壓進(jìn)行平滑。晶體管Q1與Q2串聯(lián)后與電容C2并聯(lián)，電容C2作為DC/DC變換單元的輸出電容，逆變器連接于電容C2的兩端。電壓傳感器V1檢測(cè)電池的電壓Vin，并將檢測(cè)得到的電壓Vin提供給MCU。MCU控制開(kāi)關(guān)SR1的開(kāi)/閉。MCU以PWM的方式分別向晶體管Q1與Q2提供觸發(fā)信號(hào)G11、G12。電壓傳感器V2檢測(cè)DC/DC變換單元的輸出電壓Vo，并將檢測(cè)得到的電壓Vo提供給MCU。DC/DC變換單元來(lái)自電容器C1的電壓進(jìn)行升壓，并將升壓后的電壓提供給電容器C2。電容器C2對(duì)輸出電壓進(jìn)行平滑，并將平滑后的電壓提供給逆變器。MCU將電壓Vo與設(shè)定值Vdc相比較，根據(jù)二者的差值調(diào)節(jié)G11、G12的占空比，從而使得Vo＝Vdc。

與傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器不同，在本發(fā)明中，對(duì)于外環(huán)的速度調(diào)節(jié)采用分?jǐn)?shù)階PID，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。與整數(shù)階PID控制器相似，分?jǐn)?shù)階PID控制器的微分方程為:

其中，為Caputo定義；λ＞0、μ＞0為任意實(shí)數(shù)，是分?jǐn)?shù)階控制器的階次。

對(duì)Caputo定義的分?jǐn)?shù)階微積分求拉普拉斯變換，可得:

由此得到的分?jǐn)?shù)階PID控制器的傳遞函數(shù)：

分?jǐn)?shù)階PID控制器包括一個(gè)積分階次λ和微分階次μ，其中λ和μ可以是任意實(shí)數(shù)。整數(shù)階PID控制器是分?jǐn)?shù)階PID控制器在λ＝1和μ＝1時(shí)的特殊情況，當(dāng)λ＝1、μ＝0時(shí)即為PI控制器，λ＝0、μ＝1時(shí)為PD控制器。分?jǐn)?shù)階PID控制器多了兩個(gè)可調(diào)參數(shù)λ和μ，通過(guò)合理地選擇參數(shù)就能夠提高系統(tǒng)的控制效果。

參閱圖5，設(shè)系統(tǒng)理想的閉環(huán)參考模型為：λ、μ、kp、ki，kd通過(guò)如下方式確定：

S110：根據(jù)系統(tǒng)的控制性能要求選取理想閉環(huán)參考模型的截止頻率ωc和階次α；系統(tǒng)的控制性能要求為時(shí)域指標(biāo)，時(shí)域指標(biāo)可以是超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間或峰值時(shí)間；該理想閉環(huán)參考模型H(s)使得系統(tǒng)具有對(duì)增益變化不敏感的期望特性，當(dāng)增益變化時(shí)只是引起截止頻率ωc的變化，系統(tǒng)對(duì)增益變化具有強(qiáng)魯棒性，系統(tǒng)的超調(diào)大小只與α有關(guān)，而與增益無(wú)關(guān)。

S120：由H(s)及G_c(S)，計(jì)算控制對(duì)象模型

其中λ、μ取小數(shù)。若λ＝α，則有

S130：獲取未知實(shí)際被控對(duì)象Gp(s)的頻域響應(yīng)數(shù)據(jù)，假設(shè)與Gp(s)在ω＝0和ω＝ωx處的頻率響應(yīng)相同，則ωx可以選取為原系統(tǒng)的Gp(s)相位裕量的穿越頻率|Gp(jωx)|＝1，先選取λ＝α，在ω＝0處有意義(此時(shí)，對(duì)象能夠保持良好的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，與一般實(shí)際系統(tǒng)的情況是一致的)，有然后根據(jù)有k_p、k_d在ω＝ω_x處與μ的函數(shù)關(guān)系為：

其中，

S140：通過(guò)尋優(yōu)辨識(shí)出未知對(duì)象的理想形式中的參數(shù)，使在截止頻率范圍內(nèi)最大限度地接近實(shí)際對(duì)象Gp(s)的頻域響應(yīng)指標(biāo)；建立頻域響應(yīng)誤差指標(biāo)并在0＜μ＜2范圍內(nèi)對(duì)誤差指標(biāo)優(yōu)化最終得到分?jǐn)?shù)階控制器的參數(shù)。

本發(fā)明根據(jù)系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)指標(biāo)初步確定ωc、α、λ的值，通過(guò)逼近實(shí)際對(duì)象模型和理想對(duì)象模型的頻率響應(yīng)特性曲線，尋優(yōu)得到分?jǐn)?shù)階PID的微分項(xiàng)階次，計(jì)算得到kd，ki，kp的值，可以得到逼近理想?yún)⒖寄Ｐ偷姆謹(jǐn)?shù)階PID控制器。

電流調(diào)節(jié)器用于計(jì)算q軸電壓給定值和d軸電壓給定值電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)如圖6所示，第二比較器與第三比較器輸出的偏差信號(hào)分別送入d軸PI調(diào)節(jié)器與q軸PI調(diào)節(jié)器，d軸PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓為U_d，q軸PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓為U_q，U_d、U_q、V_o送入電壓極限環(huán)，得到和同時(shí)，通過(guò)第四比較器對(duì)U_q與進(jìn)行比較，得到偏差△U_q，△U_q經(jīng)比例模塊1/Kqp被送入q軸PI調(diào)節(jié)器中的積分模塊，這樣對(duì)△U_q進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，使得通過(guò)第五比較模塊對(duì)U_d與進(jìn)行比較，得到偏差△U_d，△U_d經(jīng)比例模塊1/Kdp被送入d軸PI調(diào)節(jié)器中的積分模塊,這樣對(duì)△U_d進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，使得

為了保證電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，避免電機(jī)出現(xiàn)過(guò)調(diào)制模式，需要電壓極限環(huán)限制電機(jī)電壓U_dq小于母線電壓。即U_d、U_q需滿足下式條件。

若所述條件不成立，dq軸電壓ud、uq需根據(jù)母線電壓幅值Vo，進(jìn)行等比例限幅，如式(11)所示：

Park逆變換模塊用于將和轉(zhuǎn)換為α軸電壓Uα、β軸電壓U_β，并發(fā)送至脈寬調(diào)制模塊；脈寬調(diào)制模塊為空間矢量脈寬調(diào)制，用于根據(jù)αβ軸電壓、母線電壓計(jì)算得到電壓脈沖，并發(fā)送至逆變器。

這樣通過(guò)控制d軸電流與q軸電流來(lái)控制逆變器輸出功率，根據(jù)電機(jī)實(shí)際所需的定子電流幅值，通過(guò)與q軸電流做矢量差，得到實(shí)際所需的q軸電流，簡(jiǎn)化了q軸電流的控制結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)高功率因數(shù)的前提下，增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性；根據(jù)母線電壓幅值，限制電機(jī)實(shí)際定子電壓大小，避免電機(jī)進(jìn)入過(guò)調(diào)制運(yùn)行，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性；通過(guò)電壓誤差調(diào)節(jié)，將得到的電流誤差值反饋至電流環(huán)積分環(huán)節(jié)，有效增加了電流環(huán)調(diào)節(jié)的快速性。

將本發(fā)明的雙閉環(huán)+分?jǐn)?shù)階PID+電流限幅環(huán)的控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的單比環(huán)速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，圖7為控制結(jié)果的對(duì)比圖，圖中曲線a為給定的階躍信號(hào)，曲線b為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的速度響應(yīng)曲線，曲線C為傳統(tǒng)單閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。通過(guò)對(duì)比可以看出，本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速響應(yīng)平滑、快速，沒(méi)有超調(diào)、振蕩的現(xiàn)象，大大改善了系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)效果。

本說(shuō)明書(shū)中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見(jiàn)即可。對(duì)于本申請(qǐng)的方法實(shí)施例而言，由于其與裝置實(shí)施例基本相似，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)裝置實(shí)施例的部分說(shuō)明即可。

在以上的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是以上描述僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，因此本發(fā)明不受上面公開(kāi)的具體實(shí)施的限制。同時(shí)任何熟悉本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。