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磁链轨迹偏差的计算过程——基于定子磁链轨迹跟踪的优化PWM高性能闭环控制(三)

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本系列文章主要阐述以下几个关键问题:(本篇文章我尽量以个人理解来阐述,所以有些地方阐述可能不那么专业)

  1. PWM生成的电压波形组成概念
  2. 优化PWM的概念
  3. 磁链轨迹跟踪的概念
  4. 磁链轨迹偏差的计算过程
  5. 修正开关角的过程

4、磁链轨迹偏差的计算过程

4.1 磁链轨迹偏差的来源

以SHEPWM为例,SHEPWM的实现过程是对电压波形进行傅里叶分析,将需要消除的谐波的幅值降到0,这个过程需要对超越方程进行求解。超越方程的求解需要用到迭代算法,比如牛顿迭代算法或者遗忘算法,这些算法都非常复杂,无法实现在线计算开关角,所以SHEPWM的实现一般是先将开关角计算好,存储在一个较大的数组中,根据调制比的大小来调用这个开关角,最后跟电压矢量相角对比得到开关时刻。

在高性能的控制系统中,需要任意的切换开关角。不同的开关角就意味着不同电压波形,磁链是电压的积分,所以磁链也会在开关角切换的过程中产生偏差。

即磁链轨迹的偏差来源于两点:1、SHEPWM实现的过程是基于离线计算的开关表。2、不同开关角切换时,电压波形不同,从而导致磁链也产生变化。

4.2 磁链轨迹偏差的具体计算过程

这一小结具体将怎么计算出磁链误差来。首先我们假设此时时刻为 t1,系统此时工作在工况1,此时调用的这组开关角为P1(m,N)。根据第一小节的阐述,有了开关角就有了开关时刻,按照此时的这组开关角我们是可以得到电压输出波形的,给工况下的电压命名为uss1,对 uss1 进行积分,并加上此时磁链的初值,就可以得到当前工况1下的磁链轨迹。表达式如下:

后面的是定子磁链在此时(t1)的磁链初值。

那么如果进入下一个时刻 t2 呢,系统此时工作在工况2,此时调用的这组开关角为P2(m,N)。同理按照磁链的计算公式,可以计算出 t2 时刻工况2时的磁链轨迹。

后面的是工况1到达时刻 t2 时的磁链大小,此时作为工况2和时刻 t2时的磁链初值。

其实到了这里大家会觉得,这哪里来的什么偏差?哪里有什么磁链的偏移?

事实上,这里我们忽略了一个非常重要的概念中的条件,优化PWM:基于稳态的电压波形进行傅里叶分析,消除特定的谐波。稳态的电压波形!这意味着什么呢?意味着所有的开关角都有一个特定的磁链轨迹。P1(m,N)有自己的最优磁链轨迹,P2(m,N)也有自己的最优轨迹。所以工况2情况下,最优磁链的初值应该是他自己的最优初值,而不是 t2 时刻根据工况1公式计算的瞬时值,其实工况1情况下也是一样的,他的初值也一定有自己的最优初值。

有了上面的分析,我们将工况2情况下的最优磁链初值命名为,所以在开关角的切换过程中会产生磁链的偏差。我用一张图让大家更直观看到这种偏差:

A区在工况1,B区在工况2,大家可以看到不同工况最优的磁链是完全不一样的,切换的过程中就会涉及到磁链的偏差。

4.3 初始磁链的计算公式

在 t1 时刻的磁链初值的计算其实是一个比较关键的问题,因为有了开关角电压波形非常好确定,所以每个时间周期的磁链增量是非常好计算的。但是初值就需要对当前时刻以前的电压波形进行完全积分,并且还要对当前工况的最优磁链初值进行计算,也就是要对开关角等于0时刻的磁链初值进行计算。

首先是0时刻到当前时刻的磁链幅值:

其次是角度等于0时刻的磁链幅值:

小结:

磁链的偏差是调节开关叫进行磁链跟踪的基础,磁链的偏差来源于离线的开关角和工况的切换,每个工况下都有其最优的磁链轨迹,只有计算出两种工况下的磁链误差才能对开关角进行调节,从而对磁链进行补偿,最终减少切换带来的冲击。

 

 

 


转载:https://blog.csdn.net/sy243772901/article/details/101447913
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