传统矢量控制中线性PI调节器的电流内环分别采取了d、q轴两个独立的控制环,受到环路间存在交叉耦合项、延时等因素的影响,同时该耦合项与同步角频率成正比,使得传统的线性PI调节器不能完全实现独立设计,因此导致交流电机的控制精度受一定的影响。在实际应用中大都采用数字控制管理系统,传统方法基于连续域设计的调节器,最终还有必要进行离散化处理,不可避免地引入误差。同时数字控制管理系统存在一拍延时,逐步降低控制管理系统的性能。
传统的线性PI调节器将电流内环分离成d、q轴两个控制环,由于环路之间有交叉耦合项导致不能实现完全独立设计。而复矢量调节器将d、q轴电流环当成一个整体,与传统方法相比具有更优的控制性能和参数鲁棒性。
从图(2-1)能够准确的看出,通过复矢量的表示方法,IPMSM在同步坐标系中的d、q之间的耦合以电机模型极点的虚部形式来体现,虚部的大小与同步角频率有关。
建立精确的数学模型是实现电流环高性能控制的关键。根据图(2-1),在静止坐标系中IPMSM模型可以由下面简单的电阻/电感复矢量传递函数来表示:
为了在离散域内对电流调节器的设计和性能做多元化的分析,对IPMSM在离散域内的建模至关重要。将上式所示的物理系统转换到离散域内的通常做法是将逆变器作为一个理想的零阶保持器,则在静止坐标系中感应电机模型在离散域内的表示为:
将上式转换成同步旋转坐标系下的差分方程,然后得到旋转坐标系中的感应电机数学模型在离散域中的传递函数为:
引入直接离散的复矢量电流调节器,通过在离散域内直接对电流调节器进行设计,使离散电流调节器的零点与离散的电机模型的极点对消,避免了由离散化导致电流调节器性能的偏差。
图3-1 内置式永磁同步电机矢量控制管理系统仿线)不难发现:由于d、q轴之间有交叉耦合,在高速区域时d、q轴电流的纹波较大。由于d、q轴存在耦合,重构的静止坐标系下的定子电压也随之劣化,如图(3-3)所示。
从图(3-4)不难发现:d、q轴电流的纹波明显减小,耦合关联程度降低。重构的电压也趋于正弦。