一种改进的定频数字滞环电流控制策略

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1、2017年1月北京航空航天大学学报January2017第43卷第1期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．43No．1http：ffbhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0002一种改进的定频数字滞环电流控制策略邵云滨1，付永领2’，(1．北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京100083；郭建文2，杨荣荣22．北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100083)摘要：针对机载电动静液作动器(EHA)

2、用20kW级大功率无刷直流电机，提出了一种改进的定频数字滞环电流控裁策略(HCCS)。在此控制策略中，通过对PWM—ON调制模式下相电流数学模型的构建以及相应电流环控制模式的分析，对一种综合三角载波控制和滞环电流控制的混合滞环电流控制进行改进，设计了一种实现简单、控制稳定、具有过流保护功能以及功率元件开关频率有条件固定的改迸的准定频滞环电流控制策略，并通过数字化处理，引入数字化规则，实现完全的定频控制。仿真和实验结果表明，此控制策略能够实现大功率无刷直流电机控制时固定的功率元件开关频率以及高频率响应，将为高性能大功率无刷直流电机高效的电流控制提供一条新路径。关键词：无刷直流电机；电流

3、控制；滞环；三角载波；定频中图分类号：TM301．2；THl37文献标识码：A文章编号：1001—5965(2017)01-0026—10集成电动静液作动器(EHA)是飞机实现多电化的关键部件，而军用飞机作动系统的大功率、高频率响应需求对EHA技术提出了巨大的挑战¨j。无刷直流电机是EHA的核心组件，必须具有高功率密度、宽调速范围、大负载变化、高动态响应的特点才能满足机载EHA的需求，这不但对电机本身特性提出要求，更对控制算法性能提出特殊需求，进而高性能的EHA用无刷直流电机控制技术的研究也随之成为EHA技术研究的热点。这其中，作为EHA三环控制(位置环控制、转速环控制以及电流环控制

4、)的最内环控制，电流环控制频率响应要求高，通常超过IkHz，而其控制策略亦将极大地影响功率器件的性能、位置环和转速环的控制性能以及EHA系统的性能，因而研究一种适合EHA使用的高性能电流控制方法也就成为EHA驱动控制器设计的主要内容之一。目前，常见的电流环控制策略主要以三角载波电压脉宽调制(PWM)为基础，配合PID或其他控制算法(如模糊控制算法、自适应控制算法、预估预测控制算法等)调整脉宽，共同实现电流闭环控制旧1。在这种控制策略下，通过提高电流采样频率和PWM载波频率可以有效提高电流控制的动态响应”3。然而，EHA用无刷直流电机功率高(通常超过10kW)，绕组电感和电阻极小(分别

5、在0，1mH和10mn数量级)"1，这些使得基于PWM的电流控制策略的使用受到限制。具体而言，电机驱动使用的功率器件受开关速度和散热能力限制导致开关频率很难超过20kHz，PWM载波频率提升因此受到限制。与此同时，由于电机绕组电感和电阻极小，绕组电流最大上升速度超过2000A／ms，PWM控制策略中，相邻控制周期间的更新延迟加之控制周期限制(>50Ixs)会导致绕组电流超过功率元件阈值电流，进而造成功率元件的损坏。这个问题极大地影响了基于收稿日期：2016-01-04；录用日期：2016-04-22；网络出版时间：2016-06-2411：10网络出版地址：WWW．cnki．net／

6、kcms／detail／11．2625．V．20160624．1110，004，html基金项目：国家自然科学基金(61520106010，61327807)$通讯作者：E-mail：fuyongling@buaa．edu．cn引用格式：邵云滨，付永领，莽建文，等．一种改进的定蔟数字滞环电流控籍策略[Jj．北京航空航天夭学学报，20t7，43(1)：26—35．SHAOYB．FUYL．GUOJW。eta1．Animprovedconstant-frequencydigitalhysteresisCUrTentcontrolstrategy13]．JournalofBeijingUni

7、versityofAeronauticsandAstronautics．2017，43(J)：26—35(inChinese)．第1期邵云滨，等：一种改进的定频数字滞环电流控制策略27PWM的电流控制策略的频率响应性能以及控制研究，以实现对EHA用无刷直流电机电流环的高可靠性。为了解决PWM电流环控制策略存在的效控制。首先以某EHA原理样机为基础，建立无限制，文献[5]分析了PWM周期中不同电流采样刷直流电机绕组的电学数学模型；然后通过分析和占空比更新时间