專(zhuān)利名稱(chēng)：一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的矢量控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，具體涉及一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的無(wú)速度傳感 器矢量控制裝置。
背景技術(shù)：
目前，比較常用的交流調(diào)速控制方法有V/F控制、矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC) 等幾種方式。矢量控制被認(rèn)為是感應(yīng)電機(jī)高性能控制場(chǎng)合應(yīng)用最廣泛的控制方法，其中基 于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制可以實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電機(jī)的解耦控制，采用這種方法可以使感應(yīng)電機(jī) 的動(dòng)態(tài)性能與直流電機(jī)相媲美。在矢量控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)磁通定向?qū)﹄姍C(jī)進(jìn)行解耦，通 常需要速度傳感器。然而，速度傳感器的安裝增加了整個(gè)系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性，在高溫、潮 濕等惡劣條件下，速度傳感器的安裝又降低了系統(tǒng)的可靠性。因此，研究無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)具有實(shí)際意義，它可以避免傳感器帶來(lái)的 環(huán)境適應(yīng)性、安裝維護(hù)等麻煩，提高系統(tǒng)的可靠性，并且降低產(chǎn)品成本。無(wú)速度傳感器矢量 控制的核心技術(shù)是如何來(lái)準(zhǔn)確地獲取電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)速信息，尤其是如何提高低速場(chǎng)合磁 鏈和轉(zhuǎn)速的觀測(cè)性能。20世紀(jì)70 80年代以來(lái)，很多學(xué)者和工程技術(shù)人員在這方面傾注 了大量心血，取得了不少成就，提出了很多無(wú)速度傳感器矢量控制算法，包括有定子電流 轉(zhuǎn)矩分量誤差補(bǔ)償法、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)計(jì)算法、模型參考自適應(yīng)法(MRAS)、轉(zhuǎn)子磁鏈角速度計(jì)算 法、自適應(yīng)狀態(tài)觀測(cè)器、擴(kuò)展的卡爾曼濾波算法以及信號(hào)注入法等等。其中自適應(yīng)狀態(tài)觀測(cè) 器算法采用自適應(yīng)算法對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)測(cè)量噪聲具有一定的魯棒性，因而受到廣 泛青睞。但是，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速自適應(yīng)率并不能保證算法的穩(wěn)定性，在低速發(fā)電狀態(tài)下系統(tǒng)存在 不穩(wěn)定問(wèn)題，且低速時(shí)轉(zhuǎn)速觀測(cè)誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的矢量控制裝置，以解決傳統(tǒng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的 矢量控制方法因轉(zhuǎn)速自適應(yīng)率不能保證算法的穩(wěn)定性，在低速發(fā)電狀態(tài)下系統(tǒng)存在不穩(wěn)定 且低速時(shí)轉(zhuǎn)速觀測(cè)誤差較大的問(wèn)題。它包括電流傳感器105、變換器103、第一坐標(biāo)變換單元102、第二坐標(biāo)變換單元 110、三相到二相坐標(biāo)變換單元107、電壓重構(gòu)單元109、第一電流控制單元101、第二電流控 制單元106、速度控制單元100、磁鏈控制單元122、全階觀測(cè)器單元108和轉(zhuǎn)速自適應(yīng)觀測(cè) 單元111，
感應(yīng)電機(jī)104的定子電流A通過(guò)電流傳感器105采樣后，送到三相到二相坐標(biāo)變換單 元107進(jìn)行α-β靜止坐標(biāo)軸系的坐標(biāo)變換，第二坐標(biāo)變換單元110根據(jù)全階觀測(cè)器單元 108觀測(cè)出的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值C的角度對(duì)變換到α-β軸系下的電流進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換， 使電機(jī)定子電流分解成轉(zhuǎn)矩電流D和勵(lì)磁電流Ε，第二電流控制單元106和第一電流控制 單元101分別對(duì)勵(lì)磁電流E和轉(zhuǎn)矩電流D進(jìn)行控制使之分別與其指令值相匹配，其中，轉(zhuǎn)矩 電流指令J為速度控制單元100根據(jù)轉(zhuǎn)速指令H與轉(zhuǎn)速自適應(yīng)觀測(cè)單元111觀測(cè)出的電機(jī)轉(zhuǎn)速觀測(cè)值B的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)的輸出值；勵(lì)磁電流指令I(lǐng)為磁鏈控制單元122根據(jù)磁鏈指 令G與全階觀測(cè)器單元108觀測(cè)出的電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值C的幅值的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)的輸出 值，第一坐標(biāo)變換單元102把第一電流控制單元101和第二電流控制單元106的輸出值轉(zhuǎn) 換到α-β靜止坐標(biāo)軸系，生成定子電壓指令Y并將其輸出給變換器103，變換器103根據(jù) 定子電壓指令Y對(duì)直流母線電壓Vde執(zhí)行直流一交流變換并輸出給感應(yīng)電機(jī)104，電壓重構(gòu) 單元109根據(jù)定子電壓指令Y和檢測(cè)到的直流母線電壓Vde重構(gòu)出三相相電壓F，全階觀測(cè) 器單元108根據(jù)重構(gòu)的三相相電壓F以及三相到二相坐標(biāo)變換單元107變換出的α-β靜 止坐標(biāo)軸系下的電流N以及轉(zhuǎn)速自適應(yīng)觀測(cè)單元111輸出的電機(jī)轉(zhuǎn)速觀測(cè)值B對(duì)電機(jī)狀態(tài) 進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)出電機(jī)定子電流觀測(cè)值L、定子磁鏈觀測(cè)值Z和轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值C，轉(zhuǎn)速自適 應(yīng)觀測(cè)單元111根據(jù)全階觀測(cè)器單元108輸出的定子電流觀測(cè)值L、定子磁鏈觀測(cè)值Z和轉(zhuǎn) 子磁鏈觀測(cè)值C以及三相到二相變換坐標(biāo)單元107輸出的電流N觀測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)子速度觀測(cè) 值B ；
所述轉(zhuǎn)速自適應(yīng)觀測(cè)單元111包括外積單元300、第一加減運(yùn)算單元320和PI調(diào)整單 元308，第一加減運(yùn)算單元320求取電流N與定子電流觀測(cè)值L之差并輸入到外積單元300， 外積單元300對(duì)第一加減運(yùn)算單元320輸出的定子電流誤差和轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值C進(jìn)行外積 運(yùn)算；
轉(zhuǎn)速自適應(yīng)觀測(cè)單元111還包括一號(hào)坐標(biāo)變換單元301、二號(hào)坐標(biāo)變換單元302、增益 單元303、符號(hào)運(yùn)算單元307、一號(hào)乘法單元304、二號(hào)乘法單元305、三號(hào)乘法單元306、常數(shù) 值單元309、減法單元310、限幅單元311、第二加減運(yùn)算單元321和加法運(yùn)算單元322，一號(hào) 坐標(biāo)變換單元301基于轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值C的角度信號(hào)進(jìn)行坐標(biāo)變換，將定子電流觀測(cè)值L 分解出勵(lì)磁電流觀測(cè)值P，由第二加減運(yùn)算單元321對(duì)實(shí)際勵(lì)磁電流E與勵(lì)磁電流觀測(cè)值P 進(jìn)行比較得到勵(lì)磁電流觀測(cè)偏差，二號(hào)乘法單元304將該偏差乘以定子磁鏈q軸分量觀測(cè) 值Q，而定子磁鏈q軸分量觀測(cè)值Q由二號(hào)坐標(biāo)變換單元302基于轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值C的角度 信號(hào)對(duì)定子磁鏈觀測(cè)值Z進(jìn)行坐標(biāo)變換分解得到，符號(hào)運(yùn)算單元307輸出轉(zhuǎn)矩電流D的符 號(hào)值，增益單元303將同步角速度X乘以增益k，其中，同步角速度通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值C 的角度信號(hào)進(jìn)行微分運(yùn)算得到；二號(hào)乘法單元305將增益單元303的輸出與符號(hào)運(yùn)算單元 307的輸出相乘，其結(jié)果輸出到減法單元310，減法單元310則
將二號(hào)乘法單元305的輸出減去常數(shù)值單元309中的數(shù)值，限幅單元311將減法單元 310的輸出進(jìn)行限幅操作后輸出，三號(hào)乘法單元306將一號(hào)乘法單元304的輸出乘以限幅單 元311的輸出，加法運(yùn)算單元322將三號(hào)乘法單元306的輸出加入到外積單元300的輸出 中，加法運(yùn)算單元322的結(jié)果輸入到PI調(diào)整單元308中，獲得電機(jī)轉(zhuǎn)速的觀測(cè)值B。
無(wú)速度傳感器矢量控制器中應(yīng)該包含對(duì)電機(jī)磁鏈觀測(cè)誤差的計(jì)算，但由于無(wú)法測(cè) 得電機(jī)磁鏈的實(shí)際值，這一項(xiàng)往往在傳統(tǒng)技術(shù)被忽略。在中高頻段，這種近似處理對(duì)系統(tǒng)沒(méi) 有影響。但在低頻段，觀測(cè)出的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)存在較大誤差，并且在低速再生發(fā)電狀態(tài)下系 統(tǒng)存在一段不穩(wěn)定區(qū)域。本發(fā)明主要針對(duì)傳統(tǒng)自適應(yīng)狀態(tài)觀測(cè)器算法的這些問(wèn)題提出了 一種改進(jìn)的轉(zhuǎn)速觀測(cè)自適應(yīng)率，以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的低速性能以及低速發(fā)電狀態(tài)下的穩(wěn)定 性。觀測(cè)轉(zhuǎn)速時(shí)不忽略電機(jī)磁鏈的實(shí)際值，因此觀測(cè)誤差小。可明顯提高控制系統(tǒng)的低速 性能以及低速發(fā)電狀態(tài)下的穩(wěn)定性。


圖1是采用自適應(yīng)全階觀測(cè)器的無(wú)速度傳感器矢量控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 是圖1中轉(zhuǎn)速自適應(yīng)觀測(cè)單元111的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是電機(jī)由發(fā)電狀態(tài)到電動(dòng)狀態(tài)互相 切換時(shí)的電機(jī)定子電流波形與電機(jī)轉(zhuǎn)速波形的對(duì)照波形圖。其中，位于上方的是定子電流 波形；位于下方的是電機(jī)轉(zhuǎn)速波形，定子電流波形中電流為50A/格，電機(jī)轉(zhuǎn)速波形中轉(zhuǎn)速 為IOOrpm/格，時(shí)間為Is/格。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1至圖3具體說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式包括電 流傳感器105、變換器103、第一坐標(biāo)變換單元102、第二坐標(biāo)變換單元110、三相到二相坐標(biāo) 變換單元107、電壓重構(gòu)單元109、第一電流控制單元101、第二電流控制單元106、速度控制 單元100、磁鏈控制單元122、全階觀測(cè)器單元108和轉(zhuǎn)速自適應(yīng)觀測(cè)單元111，
感應(yīng)電機(jī)104的定子電流A通過(guò)電流傳感器105采樣后，送到三相到二相坐標(biāo)變換單 元107進(jìn)行α-β靜止坐標(biāo)軸系的坐標(biāo)變換，第二坐標(biāo)變換單元110根據(jù)全階觀測(cè)器單元 108觀測(cè)出的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值C的角度對(duì)變換到α-β軸系下的電流進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換， 使電機(jī)定子電流分解成轉(zhuǎn)矩電流D和勵(lì)磁電流Ε，第二電流控制單元106和第一電流控制 單元101分別對(duì)勵(lì)磁電流E和轉(zhuǎn)矩電流D進(jìn)行控制使之分別與其指令值相匹配，其中，轉(zhuǎn)矩 電流指令J為速度控制單元100根據(jù)轉(zhuǎn)速指令H與轉(zhuǎn)速自適應(yīng)觀測(cè)單元111觀測(cè)出的電機(jī) 轉(zhuǎn)速觀測(cè)值B的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)的輸出值；勵(lì)磁電流指令I(lǐng)為磁鏈控制單元122根據(jù)磁鏈指 令G與全階觀測(cè)器單元108觀測(cè)出的電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值C的幅值的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)的輸出 值，第一坐標(biāo)變換單元102把第一電流控制單元101和第二電流控制單元106的輸出值轉(zhuǎn) 換到α-β靜止坐標(biāo)軸系，生成定子電壓指令Y并將其輸出給變換器103，所述變換器103 可以是三相電壓型逆變器等。變換器103根據(jù)定子電壓指令Y對(duì)直流母線電壓Vde執(zhí)行直 流一交流變換并輸出給感應(yīng)電機(jī)104，電壓重構(gòu)單元109根據(jù)定子電壓指令Y和檢測(cè)到的 直流母線電壓Vde重構(gòu)出三相相電壓F，全階觀測(cè)器單元108根據(jù)重構(gòu)的三相相電壓F以及 三相到二相坐標(biāo)變換單元107變換出的α-β靜止坐標(biāo)軸系下的電流N以及轉(zhuǎn)速自適應(yīng)觀 測(cè)單元111輸出的電機(jī)轉(zhuǎn)速觀測(cè)值B對(duì)電機(jī)狀態(tài)進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)出電機(jī)定子電流觀測(cè)值L、 定子磁鏈觀測(cè)值Z和轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值C，轉(zhuǎn)速自適應(yīng)觀測(cè)單元111根據(jù)全階觀測(cè)器單元108 輸出的定子電流觀測(cè)值L、定子磁鏈觀測(cè)值Z和轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值C以及三相到二相變換坐標(biāo) 單元107輸出的電流N觀測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)子速度觀測(cè)值B ；
所述轉(zhuǎn)速自適應(yīng)觀測(cè)單元111包括外積單元300、第一加減運(yùn)算單元320和PI調(diào)整單 元308，第一加減運(yùn)算單元320求取電流N與定子電流觀測(cè)值L之差并輸入到外積單元300， 外積單元300對(duì)第一加減運(yùn)算單元320輸出的定子電流誤差和轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值C進(jìn)行外積 運(yùn)算；
轉(zhuǎn)速自適應(yīng)觀測(cè)單元111還包括一號(hào)坐標(biāo)變換單元301、二號(hào)坐標(biāo)變換單元302、增益 單元303、符號(hào)運(yùn)算單元307、一號(hào)乘法單元304、二號(hào)乘法單元305、三號(hào)乘法單元306、常數(shù) 值單元309、減法單元310、限幅單元311、第二加減運(yùn)算單元321和加法運(yùn)算單元322， 一號(hào)坐標(biāo)變換單元301基于轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值C的角度信號(hào)進(jìn)行坐標(biāo)變換，將定子電流
觀測(cè)值L ( 7；&,)分解出勵(lì)磁電流觀測(cè)值P (。)，由第二加減運(yùn)算單元321對(duì)實(shí)際勵(lì)磁電流E與勵(lì)磁電流觀測(cè)值P進(jìn)行比較得到勵(lì)磁電流觀測(cè)偏差(U )，二號(hào)乘法單元304 將該偏差乘以定子磁鏈q軸分量觀測(cè)值),而定子磁鏈q軸分量觀測(cè)值Q由二號(hào)坐標(biāo)
變換單元302基于轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值C的角度信號(hào)對(duì)定子磁鏈觀測(cè)值Z (歡a , ^V >進(jìn)行坐
標(biāo)變換分解得到，符號(hào)運(yùn)算單元307輸出轉(zhuǎn)矩電流D的符號(hào)值，增益單元303將同步角速度 X乘以增益k，其中，同步角速度通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值C的角度信號(hào)進(jìn)行微分運(yùn)算得到；二 號(hào)乘法單元305將增益單元303的輸出與符號(hào)運(yùn)算單元307的輸出相乘，其結(jié)果輸出到減 法單元310，減法單元310則將二號(hào)乘法單元305的輸出減去常數(shù)值單元309中的數(shù)值，(這
個(gè)值為I，可根據(jù)電機(jī)參數(shù)計(jì)算出)限幅單元311將該輸出進(jìn)行限幅操作后輸出，三號(hào)乘
法單元306將一號(hào)乘法單元304的輸出乘以限幅單元311的輸出，加法運(yùn)算單元322將三 號(hào)乘法單元306的輸出加入到外積單元300的輸出中，加法運(yùn)算單元322的結(jié)果輸入到PI
調(diào)整單元308中，獲得電機(jī)轉(zhuǎn)速的觀測(cè)值B (龜)。下面給出轉(zhuǎn)速自適應(yīng)觀測(cè)單元111的設(shè)計(jì)思想
根據(jù)感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，可推導(dǎo)出感應(yīng)電機(jī)的狀態(tài)方程，如式(1)所示。
‘和A為定子電流和定子電壓；
Ψ:.和ψγ為定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈；
下標(biāo)α-和盧表示靜止坐標(biāo)系α-β中正交的2軸分量;
尾和民為定子、轉(zhuǎn)子電阻；
Hf^Lm分別表示定子自感，轉(zhuǎn)子自感以及互感；
表示漏磁系數(shù)； %為轉(zhuǎn)子角速度。 根據(jù)式(1)所示的電機(jī)狀態(tài)方程，可構(gòu)造出如下所示的全階觀測(cè)器，其中上標(biāo)‘ 表示觀測(cè)量。
(2)
上式中，I為誤差反饋矩陣(在本發(fā)明中，誤差反饋矩陣設(shè)為0)；通過(guò)將矩陣A中的轉(zhuǎn) 子角速度巧替換成其觀測(cè)值屯來(lái)獲得矩陣i。根據(jù)全階觀測(cè)器，采用自適應(yīng)方法對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn) 速進(jìn)行觀測(cè)，其中自適應(yīng)率可根據(jù)李亞普洛夫穩(wěn)定性理論推導(dǎo)出。由式(1)和式(2)可知， 定、轉(zhuǎn)子磁鏈的觀測(cè)誤差為 d
其中，
定義李亞普洛夫函數(shù)ν有
其中，λ為正常數(shù)；
(3) 對(duì)式(4)進(jìn)行微分有
(5)
進(jìn)一步展開(kāi)得
(6 ) 由李亞普洛夫穩(wěn)定性理論可以得到如下的電機(jī)轉(zhuǎn)速辨識(shí)方法
(7)
式(7)中包含有電機(jī)磁鏈觀測(cè)誤差，由于無(wú)法測(cè)得電機(jī)磁鏈的實(shí)際值。因此，一般的傳 統(tǒng)技術(shù)將等式(7)右邊第二項(xiàng)忽略，推導(dǎo)出的速度觀測(cè)自適應(yīng)率為在中高頻段，這種近似處理對(duì)系統(tǒng)沒(méi)有影響。但在低頻段，通過(guò)式(8)觀測(cè)出的電機(jī)轉(zhuǎn) 速信號(hào)存在較大誤差，并且在低速再生發(fā)電狀態(tài)下系統(tǒng)存在一段不穩(wěn)定區(qū)域。
本發(fā)明主要針對(duì)這一問(wèn)題，提出了一種提高觀測(cè)器低速性能及穩(wěn)定性的方法。該 方法通過(guò)對(duì)速度觀測(cè)自適應(yīng)率進(jìn)行改進(jìn)，使得系統(tǒng)的低速性能得到大幅提高。具體的本發(fā) 明速度觀測(cè)自適應(yīng)率如下所示
.t
4 = (K +—)[(e；
口 Ψ
(9)
式(9)又可寫(xiě)成式(10)所示的形式。 &r
其中，
S
1 Iimt
--Sigfi(Iii)- Φε
Mi
^Ji — hqj
+ M-
m
{Μ > M^it)
(-M腦 <M <MMmit)
■limit
IimitJ
(10)
(11)
k為正常數(shù)，Mlisit為M的限幅值，k和Mfiffii的具體值可根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選定，在本 實(shí)施方式中‘=0. 1368, Mlimil =1. 08 ；
^為同步角速度，兩=, g為轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值C的角度；
K , h為pi調(diào)節(jié)器的比例和積分系數(shù)；
. t- ■ 々■ sI^‘ % =V-V ；
速度觀測(cè)自適應(yīng)率也可采用如下方法
Sr = (k^ +— 或
S
K
mr ={k +
此時(shí)，Af取值為 \M
eiJK:) + Μ<· (hi H4 -
M'
limit
k'^ sign(i!q) Oie -Lm -M1r
(M'> M1smii) (^M1mitK M'<M'SMit) (M'<- ..
(12)
(13)
■ SmitMri - —Iimitt
ir'為正常數(shù)，其值可根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選定，在本實(shí)施方式中
(14)
=0. 01, M1limii =0. 079
本實(shí)施方式中的第一坐標(biāo)變換單元102采用的是反帕克變換，第二坐標(biāo)變換單元110 采用的是帕克變換，一號(hào)坐標(biāo)變換單元301和二號(hào)坐標(biāo)變換單元302采用的都是帕克變換，
9PI調(diào)整單元308即是公式9中的(kF +^)項(xiàng)；外積單元300即是公式9中的—βφ:》
項(xiàng)；增益單元303中的增益倍數(shù)(或稱(chēng)增益系數(shù))即是公式11中λ項(xiàng)；符號(hào)運(yùn)算單元307即 是公式11中的ggy、)項(xiàng)；常數(shù)值單元309即是公式11中的t項(xiàng)；限幅單元311的操作 即使將K的數(shù)值限制在Ai馳與麵f之間。圖3給出了電機(jī)由發(fā)電狀態(tài)到電動(dòng)狀態(tài)互相切換時(shí)的電機(jī)定子電流與轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn) 對(duì)照波形示意圖，實(shí)驗(yàn)所用電機(jī)的參數(shù)如表1所示。電機(jī)負(fù)載為方向不變大小恒定的負(fù)載。 首先，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)工作在正轉(zhuǎn)發(fā)電狀態(tài)，通過(guò)轉(zhuǎn)速反向后切換到電動(dòng)狀態(tài)。然后，又通過(guò)轉(zhuǎn) 速反向重新切換到發(fā)電狀態(tài)。從電機(jī)的轉(zhuǎn)速波形和定子電流波形可看出，電機(jī)切換得非常 平滑，低速發(fā)電狀態(tài)下的不穩(wěn)定現(xiàn)象得到了消除。表 權(quán)利要求
一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的矢量控制裝置，它包括電流傳感器(105)、變換器(103)、第一坐標(biāo)變換單元(102)、第二坐標(biāo)變換單元(110)、三相到二相坐標(biāo)變換單元(107)、電壓重構(gòu)單元(109)、第一電流控制單元(101)、第二電流控制單元(106)、速度控制單元(100)、磁鏈控制單元(122)、全階觀測(cè)器單元(108)和轉(zhuǎn)速自適應(yīng)觀測(cè)單元(111)，感應(yīng)電機(jī)(104)的定子電流(A)通過(guò)電流傳感器(105)采樣后，送到三相到二相坐標(biāo)變換單元(107)進(jìn)行α β靜止坐標(biāo)軸系的坐標(biāo)變換，第二坐標(biāo)變換單元(110)根據(jù)全階觀測(cè)器單元(108)觀測(cè)出的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值(C)的角度對(duì)變換到α β軸系下的電流進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，使電機(jī)定子電流分解成轉(zhuǎn)矩電流(D)和勵(lì)磁電流(E)，第二電流控制單元(106)和第一電流控制單元(101)分別對(duì)勵(lì)磁電流(E)和轉(zhuǎn)矩電流(D)進(jìn)行控制使之分別與其指令值相匹配，其中，轉(zhuǎn)矩電流指令(J)為速度控制單元(100)根據(jù)轉(zhuǎn)速指令(H)與轉(zhuǎn)速自適應(yīng)觀測(cè)單元(111)觀測(cè)出的電機(jī)轉(zhuǎn)速觀測(cè)值(B)的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)的輸出值；勵(lì)磁電流指令(I)為磁鏈控制單元(122)根據(jù)磁鏈指令(G)與全階觀測(cè)器單元(108)觀測(cè)出的電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值(C)的幅值的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)的輸出值，第一坐標(biāo)變換單元(102)把第一電流控制單元(101)和第二電流控制單元(106)的輸出值轉(zhuǎn)換到α β靜止坐標(biāo)軸系，生成定子電壓指令(Y)并將其輸出給變換器(103)，變換器(103)根據(jù)定子電壓指令(Y)對(duì)直流母線電壓(Vdc)執(zhí)行直流－交流變換并輸出給感應(yīng)電機(jī)(104)，電壓重構(gòu)單元(109)根據(jù)定子電壓指令(Y)和檢測(cè)到的直流母線電壓(Vdc)重構(gòu)出三相相電壓(F)，全階觀測(cè)器單元(108)根據(jù)重構(gòu)的三相相電壓(F)以及三相到二相坐標(biāo)變換單元(107)變換出的α β靜止坐標(biāo)軸系下的電流(N)以及轉(zhuǎn)速自適應(yīng)觀測(cè)單元(111)輸出的電機(jī)轉(zhuǎn)速觀測(cè)值(B)對(duì)電機(jī)狀態(tài)進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)出電機(jī)定子電流觀測(cè)值(L)、定子磁鏈觀測(cè)值(Z)和轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值(C)，轉(zhuǎn)速自適應(yīng)觀測(cè)單元(111)根據(jù)全階觀測(cè)器單元(108)輸出的定子電流觀測(cè)值(L)、定子磁鏈觀測(cè)值(Z)和轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值(C)以及三相到二相變換坐標(biāo)單元(107)輸出的電流(N)觀測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)子速度觀測(cè)值(B)；所述轉(zhuǎn)速自適應(yīng)觀測(cè)單元(111)包括外積單元(300)、第一加減運(yùn)算單元(320)和PI調(diào)整單元(308)，第一加減運(yùn)算單元(320)求取電流(N)與定子電流觀測(cè)值(L)之差并輸入到外積單元(300)，外積單元(300)對(duì)第一加減運(yùn)算單元(320)輸出的定子電流誤差和轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值(C)進(jìn)行外積運(yùn)算； 其特征在于轉(zhuǎn)速自適應(yīng)觀測(cè)單元(111)還包括一號(hào)坐標(biāo)變換單元(301)、二號(hào)坐標(biāo)變換單元(302)、增益單元(303)、符號(hào)運(yùn)算單元(307)、一號(hào)乘法單元(304)、二號(hào)乘法單元(305)、三號(hào)乘法單元(306)、常數(shù)值單元(309)、減法單元(310)、限幅單元(311)、第二加減運(yùn)算單元(321)和加法運(yùn)算單元(322)，一號(hào)坐標(biāo)變換單元(301)基于轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值(C)的角度信號(hào)進(jìn)行坐標(biāo)變換，將定子電流觀測(cè)值(L)分解出勵(lì)磁電流觀測(cè)值(P)，由第二加減運(yùn)算單元(321)對(duì)實(shí)際勵(lì)磁電流(E)與勵(lì)磁電流觀測(cè)值(P)進(jìn)行比較得到勵(lì)磁電流觀測(cè)偏差，二號(hào)乘法單元(304)將該偏差乘以定子磁鏈q軸分量觀測(cè)值(Q)，而定子磁鏈q軸分量觀測(cè)值(Q)由二號(hào)坐標(biāo)變換單元(302)基于轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值(C)的角度信號(hào)對(duì)定子磁鏈觀測(cè)值(Z)進(jìn)行坐標(biāo)變換分解得到，符號(hào)運(yùn)算單元(307)輸出轉(zhuǎn)矩電流(D)的符號(hào)值，增益單元(303)將同步角速度(X)乘以增益(k)，其中，同步角速度通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)值(C)的角度信號(hào)進(jìn)行微分運(yùn)算得到；二號(hào)乘法單元(305)將增益單元(303)的輸出與符號(hào)運(yùn)算單元(307)的輸出相乘，其結(jié)果輸出到減法單元(310)，減法單元(310)則將二號(hào)乘法單元(305)的輸出減去常數(shù)值單元(309)中的數(shù)值，限幅單元(311)將減法單元(310)的輸出進(jìn)行限幅操作后輸出，三號(hào)乘法單元(306)將一號(hào)乘法單元(304)的輸出乘以限幅單元(311)的輸出，加法運(yùn)算單元(322)將三號(hào)乘法單元(306)的輸出加入到外積單元(300)的輸出中，加法運(yùn)算單元(322)的結(jié)果輸入到PI調(diào)整單元(308)中，獲得電機(jī)轉(zhuǎn)速的觀測(cè)值(B)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的矢量控制裝置，其特征在于所述變換器 (103)是三相電壓型逆變器。
全文摘要
一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的矢量控制裝置，本發(fā)明涉及一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的無(wú)速度傳感器矢量控制裝置。它解決了傳統(tǒng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的矢量控制方法因轉(zhuǎn)速自適應(yīng)率不能保證算法的穩(wěn)定性，在低速發(fā)電狀態(tài)下系統(tǒng)存在不穩(wěn)定且低速時(shí)轉(zhuǎn)速觀測(cè)誤差較大的問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)將勵(lì)磁電流的實(shí)際值和觀測(cè)值之間的勵(lì)磁電流誤差，q軸定子磁鏈觀測(cè)值和可變?cè)鲆?M)的乘積加入到所觀測(cè)電流偏差和所觀測(cè)的轉(zhuǎn)子磁鏈的外積中，經(jīng)由PI調(diào)節(jié)器觀測(cè)得到電機(jī)速度。從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明大幅提高了系統(tǒng)的低速性能，并有效解決了再生發(fā)電狀態(tài)下系統(tǒng)的不穩(wěn)定問(wèn)題。本發(fā)明用于控制感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
文檔編號(hào)H02P21/14GK101931361SQ20101011389
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月25日
發(fā)明者于泳, 徐殿國(guó), 楊明, 楊榮峰, 王高林, 貴獻(xiàn)國(guó), 陳偉 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)