專利名稱：一種用于籠型轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機的間接轉(zhuǎn)矩控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與一種籠型轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機的間接轉(zhuǎn)矩控制方法有關(guān)，更詳細地說是一種基于SVPWM的能在_靜止坐標系下實現(xiàn)的無刷雙饋電機間接轉(zhuǎn)矩控制的方法。
背景技術(shù)：
無刷雙饋電機是近年來廣受矚目的一種新型電機，其結(jié)構(gòu)是定子上有兩套繞組， 即功率繞組和控制繞組，分別由電網(wǎng)和變頻器供電；轉(zhuǎn)子采用特殊的籠型或者是磁阻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子。該電機特別適合應(yīng)用于大型交流調(diào)速節(jié)能系統(tǒng)以及變速恒頻風力發(fā)電領(lǐng)域，具有無刷、所需變頻器容量小、功率因數(shù)可調(diào)的優(yōu)點。隨著無刷雙饋電機結(jié)構(gòu)上許多問題的解決， 人們的研究重點逐漸轉(zhuǎn)移到了控制策略方面。異步電機有許多成功的控制方法，如矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制及間接轉(zhuǎn)矩控制等。但是由于無刷雙饋電機結(jié)構(gòu)、工作原理及數(shù)學模型的特殊性，不能直接拷貝這些控制方法，必須將其和控制策略相結(jié)合才能獲得滿意的控制效果?，F(xiàn)有文獻中矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制在無刷雙饋電機控制系統(tǒng)中都已得到應(yīng)用，其中矢量控制需要進行旋轉(zhuǎn)坐標變換，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜；直接轉(zhuǎn)矩控制在靜止坐標系下就可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的直接控制，避免了旋轉(zhuǎn)變換，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔明了。但是由于在一個采樣周期內(nèi)只用一個電壓空間矢量，致使低頻運行時轉(zhuǎn)矩脈動較大、控制繞組電流諧波也較大。間接轉(zhuǎn)矩控制是為了解決直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)低頻轉(zhuǎn)矩脈動大這一問題提出的，具有無需旋轉(zhuǎn)坐標變換、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，靜、動態(tài)性能優(yōu)良的優(yōu)點，在異步電機中已得到成功的應(yīng)用，但是在無刷雙饋電機中的應(yīng)用必須解決電機工作原理、數(shù)學模型與控制方法相結(jié)合及系統(tǒng)實現(xiàn)等關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
問題的提出針對無刷雙饋電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)低頻時存在控制繞組電流諧波大以及轉(zhuǎn)矩脈動較大的缺點，提出一種用于籠型轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機間接轉(zhuǎn)矩控制的方法。為了解決上述無刷雙饋電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)存在的問題，本發(fā)明采取的是一種基于SVPWM的靜止坐標系下籠型轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機的間接轉(zhuǎn)矩控制方法，實現(xiàn)該控制方法通過下列步驟進行
(一)在三相靜止坐標系下分別觀測控制繞組、功率繞組電壓、電流的A相和B相分量 uac、ubc、uap、ubp、i3。ifc、i3/)、iA/)，對上述物理量通過3/2變換器模塊進行坐標變換，得到控制
繞組和功率繞組各自靜止坐標系下的電壓和電流“μ、■ e、uap、u夠、iac、iPc、iap、(二)利用 、”通過電磁轉(zhuǎn)矩及功率繞組、控制繞組磁鏈計算模塊計算控制繞組磁鏈分量Ψ磁、Ψ麵和功率繞組磁鏈分量Ψ種、Ψ符，根據(jù)Ψ、 和掛,計算控制繞組磁鏈幅值隊。(三)通過電磁轉(zhuǎn)矩及功率繞組、控制繞組磁鏈計算模塊分別在控制繞組和功率繞組各自的靜止坐標系下計算電磁轉(zhuǎn)矩，二者之和就是總的電磁轉(zhuǎn)矩。(四)通過控制繞組磁鏈靜態(tài)角計算模塊得到靜態(tài)角NXst,，通過轉(zhuǎn)矩PI調(diào)節(jié)器得到磁鏈動態(tài)角Δ A，二者之和即下一個采樣周期內(nèi)的控制繞組磁鏈變化角ΔΖ。(五)利用控制繞組磁鏈幅值給定4和計算值隊經(jīng)磁鏈PI調(diào)節(jié)器輸出控制繞組磁鏈Ψ級、Ψ好及&和控制繞組磁鏈變化角ΔΖ通過控制繞組磁鏈增量&^計算模塊算出控制繞組磁鏈增量、。(六)利用控制繞組磁鏈增量、IWfic,通過控制繞組電壓！^、Ufic計算模塊，計算出下一個周期內(nèi)所需的電壓矢量。(七)SVPWM發(fā)生器4根據(jù)和 生成調(diào)制信號，并通過逆變器控制無刷雙饋電機的控制繞組。一種用于籠型轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機間接轉(zhuǎn)矩控制的方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本控制系統(tǒng)用到的電機參數(shù)僅為兩個定子繞組電阻，所用電機參數(shù)少，無需旋轉(zhuǎn)坐標變換，在靜止坐標系實現(xiàn)了無刷雙饋電機轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制，系統(tǒng)控制方法簡單。采用輸出量為連續(xù)的 PI調(diào)節(jié)器對轉(zhuǎn)矩和磁鏈分別進行調(diào)節(jié)，采用相位和幅值可變的合成矢量對逆變器進行控制，可以有效地解決無刷雙饋電機直接轉(zhuǎn)矩控制低頻時控制繞組電流諧波大、轉(zhuǎn)矩脈動大的問題。


圖1是本發(fā)明方法所基于的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明方法無刷雙饋電機間接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)給定轉(zhuǎn)速從705r/min (亞同步 3Hz)階躍變化到795r/min(超同步3Hz)的仿真結(jié)果。圖3和圖4分別是無刷雙饋電機直接轉(zhuǎn)矩及間接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)超同步3Hz穩(wěn)態(tài)情況下控制繞組電流仿真結(jié)果。圖5和圖6分別是無刷雙饋電機直接轉(zhuǎn)矩及間接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)負載轉(zhuǎn)矩階躍變化前后的仿真結(jié)果。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的具體實施方式
作出進一步的詳細說明
如圖1，實現(xiàn)本發(fā)明所述的一種用于籠型轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機間接轉(zhuǎn)矩控制的方法是基于無刷雙饋電機間接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的裝置，該裝置是由二極管整流器1，濾波電容2，逆變器3，SVPWM發(fā)生器4，比較器5，速度PI調(diào)節(jié)器6，比較器7，轉(zhuǎn)矩PI調(diào)節(jié)器8，控制繞組磁鏈
靜態(tài)角計算9，加法器10，比較器11，磁鏈PI調(diào)節(jié)器12，控制繞組磁鏈增量么朽計算13，控
制繞組電壓HsiAA計算14，電磁轉(zhuǎn)矩及功率繞組、控制繞組磁鏈計算15，3/2變換器16，無刷雙饋電機17構(gòu)成；SVPWM發(fā)生器4的六個輸出端連接逆變器3的控制端，速度PI調(diào)節(jié)器6的輸出 與電磁轉(zhuǎn)矩及功率繞組、控制繞組磁鏈計算15的輸出Te經(jīng)比較器7與轉(zhuǎn)矩PI調(diào)節(jié)器8輸入端相連，8的輸出端連在加法器10的一個正向輸入端，加法器10的另一個正向輸入端是控制繞組磁鏈靜態(tài)角計算9的輸出，加法器10的輸出端是控制繞組磁鏈增量 Δ興計算13的一個輸入，13的另外3個輸入分別是電磁轉(zhuǎn)矩及功率、控制繞組磁鏈計算15
的輸出I、Ψ料和磁鏈PI調(diào)節(jié)器12的輸出 12的輸入是控制繞組磁鏈幅值給定^和
由電磁轉(zhuǎn)矩及功率繞組、控制繞組磁鏈計算15的輸出隊經(jīng)比較器11后的值，控制繞組磁
鏈增量&釣計算13的輸出與控制繞組電壓、Wa-計算14的輸入相連，14的輸出與SVPWM
發(fā)生器4的輸入相連，3/2變換器16的信號輸出端與電磁轉(zhuǎn)矩及功率繞組、控制繞組磁鏈計
算15的輸入端相連，逆變器3與無刷雙饋電機17的控制繞組相連，通過碼盤檢測的無刷雙
饋電機17的轉(zhuǎn)速與速度給定i經(jīng)比較器5后與速度PI調(diào)節(jié)器6輸入相連。 實現(xiàn)上述一種用于籠型轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機間接轉(zhuǎn)矩的控制方法通過下述步驟進
行
步驟一在三相靜止坐標系下觀測控制繞組、功率繞組電壓電流的A相和B相分量uac、 ubc, uap, Ubp, iac、ibc、iap、ibp，對上述物理量通過3/2變換器進行三相/兩相坐標變換，得到
控制繞組和功率繞組各自—靜止坐標系下的電壓和電流Kf、 、 、 步驟二 利用I 、 、 、iac、iPc、iap、 βρ用u_i模型通過電磁轉(zhuǎn)矩及功率繞組、控制繞組磁鏈計算15計算控制繞組磁鏈分量^^、Ψ辯和功率繞組磁鏈分、 Ψ灼，根據(jù)Ψ站和Ψ辦算出控制繞組磁鏈幅值Ψχ。公式如下
權(quán)利要求
1. 一種用于籠型轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機的間接轉(zhuǎn)矩控制方法，實現(xiàn)該控制方法是通過下列步驟進行(一)在三相靜止坐標系下分別觀測控制繞組、功率繞組電壓、電流的A相和B相分量 uac、ubc、uap、ubp、iac、ibc、iap和i‘對上述物理量通過3/2變換器(16)進行坐標變換，得到控制繞組和功率繞組各自靜止坐標系下的電壓和電流、 、u對、u灼、iac、iPc、iap和(二)利用^^、 、 、 、iac、iec、iap和iep通過電磁轉(zhuǎn)矩及功率繞組、控制繞組磁鏈計算(15)計算控制繞組磁鏈分量Ψ站、Wfic和功率繞組磁鏈分量Ψ對、Ψ打，根據(jù)Ψ“和VV計算控制繞組磁鏈幅值^ ；(三)通過電磁轉(zhuǎn)矩及功率繞組、控制繞組磁鏈計算(15)分別在控制繞組和功率繞組各自的靜止坐標系下計算電磁轉(zhuǎn)矩，二者之和是總電磁轉(zhuǎn)矩；(四)通過控制繞組磁鏈靜態(tài)角計算(9)得到靜態(tài)角Δ )(st，通過轉(zhuǎn)矩PI調(diào)節(jié)器(8 )得到磁鏈動態(tài)角ΔXd，二者之和即下一個采樣周期Tpwm內(nèi)的控制繞組磁鏈變化角ΔΧ;(五)利用控制繞組磁鏈幅值給定和計算值興,經(jīng)磁鏈PI調(diào)節(jié)器(12)輸出；控制繞組磁鏈供￥、外<及&和控制繞組磁鏈變化角ΔΧ通過控制繞組磁鏈增量Δ媽計算(13) 算出控制繞組磁鏈增量^^禮。.、;(六)利用控制繞組磁鏈增量、Ay^,通過控制繞組電壓i^、^^計算(14)，計算出下一個周期Tpwm內(nèi)所需的電壓矢量、 f ；(七)SVPWM發(fā)生器(4)根據(jù)μ‘和Upe生成調(diào)制信號，并通過逆變器(3 )控制無刷雙饋電機(17)的控制繞組。
2.如權(quán)利要求1所述的用于籠型轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機的間接轉(zhuǎn)矩控制方法，其所述控制繞組磁鏈變化角ΔΙ計算如下首先通過控制繞組磁鏈靜態(tài)角計算(9)計算靜態(tài)角；由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速得到控制繞組頻率/。，即其中 > 力轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，為功率繞組頻率，A +A為轉(zhuǎn)子繞組極對數(shù)，義前面 “ + ”號代表亞同步狀態(tài)，“-”號代表超同步狀態(tài)；靜態(tài)角LXst由下式計算其中^ = 2π/ 為控制繞組電角頻率，控制繞組磁鏈動態(tài)角LXd由T:-Te經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器(8)獲得，則控制繞組磁鏈變化角AY = KKst + AXd。
全文摘要
一種用于籠型轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機的間接轉(zhuǎn)矩控制方法，包括籠型轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機間接轉(zhuǎn)矩控制方法，尤其是控制繞組磁鏈變化角ΔX的計算方法，即先由轉(zhuǎn)速得到控制繞組頻率，進而由控制繞組頻率計算得到靜態(tài)角ΔXst，通過轉(zhuǎn)矩PI調(diào)節(jié)器得到動態(tài)角ΔXd，二者之和即下一個采樣周期Tpwm內(nèi)的控制繞組磁鏈變化角ΔX。本發(fā)明解決了無刷雙饋電機直接轉(zhuǎn)矩控制低頻時控制繞組電流諧波大以及轉(zhuǎn)矩脈動大的問題，本控制系統(tǒng)只需要兩個定子繞組的電阻，所需電機參數(shù)少，無需旋轉(zhuǎn)坐標變換，在靜止坐標系下實現(xiàn)了籠型轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機電磁轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制，控制方法簡單，效果明顯。
文檔編號H02P23/14GK102195547SQ201110135710
公開日2011年9月21日 申請日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者張愛玲, 賈文霞, 趙榮理, 路秀芬 申請人:太原理工大學