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电机前馈电流调节和电压补偿原理

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点击次数:更新时间:2018-06-15 16:06:18

电流前馈调节原理

在工作中,由于传感器检测的误差、控制算法 及其精度和电磁干扰等因素的影响,使得电机实际 工作的电流会存在比较大的扰动,要是没能在未影 响电机输出之前,把它检测出来,并消除掉,控制性 能会明显地降低。若能在控制系统中引入电流前 馈调节环节,当一个大的扰动在未影响其输出的情 况下能被测到,则明显能改善控制性能。引入电流 前馈调节环节后的系统原理图如图2所示。

如图 2 所示,将指令电流 id * 、iq * 与反馈电流 id、iq 比较,其差值经过电流调节器 PID 调节作 用,再求其平均值可得到在旋转轴 d、q 坐标下的 Vd * 、Vq * 。把指令电流 id * 、iq * 经过如图 1 所示的 等效电路,按式(3),(4)得估算电压值 Vd、Vq 。 由于A/D 采样过程中可能受到外界的电磁干扰, 以及控制计算误差等因素造成反馈的电流值 id、iq 存在大的扰动,这使得反馈值 Vd * 、Vq * 与估 算值 Vd、Vq 有较大的偏差 ΔVd = Vd - Vd * ,ΔVq = Vq - Vq * 。框图如图3、4所示。

 

图3 求估算值 Vd,Vq 框图

图4 求偏差 ΔVd,ΔVq 框图

把偏差值 ΔVd、ΔVq 加上经电流调节器所得 的旋转轴d、q坐标下的 Vd * 、Vq * ,就得到了理论上 较为理想的值 Vd , 、Vq , ,然后再经过PARK逆变换 为 Vα、Vβ ,通过 SVPWM,形成 PWM 波脉冲控制 逆变器工作,最后达到控制电机的目的。通过电 流前馈调节,能使得输出的 Vd、Vq 尽可能地达到 理想值,即使反馈电流受到较大的扰动,也能通过 电流前馈调节抵消掉扰动,并且还能够起到电流 解耦的功能,大大提高电机控制性能的精确性。

采用电流前馈调节的重点、也是难点在于如 何取合适电流调节器的增益参数 Gi 和 Ld,Lq,Rs ,ψf 参数,使得下列的等式尽可能地相等:

如果参数太大或太小,都会使得控制性能大 大降低,所以在实际控制中,必须有一个专门设置 电流调节器参数的窗口,取到一个合适的 Gi 值, 发挥高速瞬间电流调节的作用和前馈矫正的任 务 ,因 为 其 平 均 值 代 表 了 计 算 误 差 。 而 Ld,Lq,Rs ,ψf 的取值可参考文献[4,5],在不同的工 况下电机的参数会有所不同,特别是 Lq 会随着 iq 的增大和温度的升高而有着较为明显的变化。对 于如何取得较为精确的电机参数,从而达到更为 精确的控制性能,当今有大量学者研究并取得了 一定的成果,如文献[4]介绍了参数辨识及其控制 策略,能够很好地应用到电流前馈调节中来。

单电流反馈调节控制是一种近似的解耦控制 方案,得到的是近似线性化模型,电流控制增益 的大小直接影响解耦控制性能的好坏,而实际伺 服中电流控制增益受传感器延时、量化误差和数 字采样幅值相位误差等因素影响,增益不可能取 得过大[6] 。

在相对于单反馈调节而言,当一个大的扰动在未影响其输出的情况下能被测到,电流前馈控 制与反馈控制的联合明显能改善控制性能。电流 前馈调节不仅能改善控制性能,在调试中也能起 到保护电机和驱动器、防止被烧坏的作用。

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