專利名稱：單臺逆變器拖動(dòng)四臺異步電機(jī)的矢量控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種異步電機(jī)調(diào)速技術(shù)，特別涉及一種單臺逆變器拖動(dòng)四臺異步電機(jī)的矢量控制方法。
背景技術(shù)：
隨著近年來工業(yè)的發(fā)展，對各種機(jī)械性能和產(chǎn)品質(zhì)量要求的逐漸提高，單單針對一臺電機(jī)的控制在某些場合已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代高科技發(fā)展的要求，而是需要人們控制多臺電機(jī)，讓其更好地協(xié)調(diào)運(yùn)行。針對多臺電機(jī)控制的研究將為一般工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域等需要統(tǒng)一動(dòng)作的場合提供協(xié)調(diào)控制技術(shù)。它可廣泛應(yīng)用于柔性機(jī)械、高性能的數(shù)控技術(shù)，軌道交通、 機(jī)器人控制以及惡劣環(huán)境下的電機(jī)運(yùn)行狀況的重現(xiàn)和高速加工中的動(dòng)態(tài)更換刀具等。因此，如何提高交流多電機(jī)同步控制系統(tǒng)的性能，已成為當(dāng)今電力拖動(dòng)系統(tǒng)研究的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，通常采用一臺變頻器控制一臺電機(jī)的方案，故而在需要同時(shí)控制多臺電機(jī)的場合就需要多臺逆變器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。這使得系統(tǒng)質(zhì)量、體積和成本大大增加，同時(shí)使機(jī)車停車的維修程序變的十分繁瑣。特別是在某些特定的工作場合下，如軌道牽引以及車間流水線等操作環(huán)境中，必須采用相對簡化的異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以滿足工況需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對多臺交流電機(jī)同步控制困難的問題，提出了一種單臺逆變器拖動(dòng)四臺異步電機(jī)的矢量控制方法，由一臺逆變器拖動(dòng)不同電機(jī)，按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制可以將異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為等效的直流電動(dòng)機(jī)來控制，簡化了傳統(tǒng)的異步電機(jī)控制，降低控制成本。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種單臺逆變器拖動(dòng)四臺異步電機(jī)的矢量控制方法，由一臺逆變器拖動(dòng)四臺異步電機(jī)，啟動(dòng)時(shí)，由檢測模塊中的4路電壓傳感器、電流傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器分別檢測四臺電機(jī)運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速、線電壓和線電流；將檢測到的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速ω作差之后分別得到4路轉(zhuǎn)速的差值，經(jīng)過PI控制器變換得到四臺電機(jī)相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，之后經(jīng)過轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊相應(yīng)的平均環(huán)節(jié)得到平均轉(zhuǎn)矩；將各個(gè)電機(jī)的線電壓和線電流通過對應(yīng)的轉(zhuǎn)子磁通計(jì)算模塊分別得到各電機(jī)磁通之后，經(jīng)過平均磁通計(jì)算模塊作相應(yīng)的平均計(jì)算；最后通過平均轉(zhuǎn)矩和平均磁鏈得到d軸和q軸坐標(biāo)上的瞬時(shí)電流，經(jīng)過矢量旋轉(zhuǎn)變換模塊和2/3變換模塊得到驅(qū)動(dòng)三相電壓型逆變器模塊的PWM波形，輸出控制異步電機(jī)。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明單臺逆變器拖動(dòng)四臺異步電機(jī)的矢量控制方法， 有效地減少了系統(tǒng)的體積和成本，提高系統(tǒng)的可靠性，簡化了系統(tǒng)的維護(hù)。


圖1為本發(fā)明單臺逆變器拖動(dòng)四臺異步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2為本發(fā)明單臺逆變器拖動(dòng)四臺異步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意框圖；圖3為本發(fā)明單臺逆變器拖動(dòng)四臺異步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)電路示意圖； 圖4為本發(fā)明單臺逆變器拖動(dòng)四臺異步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)主電路功能結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示單臺逆變器拖動(dòng)四臺異步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，由一臺逆變器拖動(dòng)4臺不同電機(jī)1M1、1M2、1M3、1M4.在控制其啟動(dòng)時(shí)，由檢測模塊中的4路電壓傳感器， 電流傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器分別檢測到四臺電機(jī)運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，線電壓和線電流；將檢測到的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速ω作差之后分別得到4個(gè)轉(zhuǎn)速的差值，經(jīng)過PI控制器變換得到四臺電機(jī)相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，之后經(jīng)過轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊相應(yīng)的平均環(huán)節(jié)得到平均轉(zhuǎn)矩；將各個(gè)電機(jī)的線電壓和線電流通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)子磁通計(jì)算模塊分別得到各電機(jī)磁通之后，經(jīng)過平均磁通計(jì)算模塊作相應(yīng)的平均計(jì)算；最后通過平均轉(zhuǎn)矩和平均磁鏈得到d軸和q軸坐標(biāo)上的瞬時(shí)電流，經(jīng)過矢量旋轉(zhuǎn)變換模塊和2/3變換模塊得到驅(qū)動(dòng)三相電壓型逆變器模塊的PWM波形， 輸出控制異步電機(jī)的目的。按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制可以將異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為等效的直流電動(dòng)機(jī)來控制，只要確定好輸入的磁鏈電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，就可以像直流電動(dòng)機(jī)那樣精確控制交流電機(jī)。矢量控制中精確定位轉(zhuǎn)子磁鏈為該控制方式的技術(shù)難點(diǎn)。因?yàn)橹挥修D(zhuǎn)子磁鏈定向準(zhǔn)確， 生成的磁鏈才能對電機(jī)產(chǎn)生正確的控制。由于電機(jī)在旋轉(zhuǎn)時(shí)會產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，而且在信號檢測的時(shí)候，一些誤差對磁鏈的計(jì)算也會造成一定的影響，利用計(jì)算平均轉(zhuǎn)子磁鏈的方法，可減少誤差的累積。另一項(xiàng)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是電壓電流以及轉(zhuǎn)速的檢測。磁鏈方程正確的基礎(chǔ)是檢測信號的準(zhǔn)確，所以要進(jìn)行精確的定向控制，信號檢測室關(guān)鍵。本發(fā)明在硬件中將使用高精度并符合量程要求的傳感器，設(shè)計(jì)精確的輔助電路，解決信號檢測轉(zhuǎn)化的問題。采用模塊化設(shè)計(jì)方式，將各個(gè)功能模塊以電路板的形式分開。系統(tǒng)硬件部分將設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)部分主控制電路、主電路、信號輸入電路、PC通訊電路。主控制電路負(fù)責(zé)系統(tǒng)的主要控制運(yùn)算和控制；主電路執(zhí)行控制電路的指令對交流電進(jìn)行控制；信號輸入電路負(fù)責(zé)外部模擬量輸入和轉(zhuǎn)速檢測；通訊卡負(fù)責(zé)與PC連接，以便在PC上進(jìn)行檢測與調(diào)試。 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意框圖如附圖2。如圖3所示臺逆變器拖動(dòng)四臺異步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)電路示意圖，以 TMS320F28335為核心組成的控制系統(tǒng)中，軟件設(shè)計(jì)分為兩部分上位機(jī)監(jiān)控顯示程序和下位機(jī)的控制程序。上位機(jī)的程序主要包括速度給定值的顯示，當(dāng)前速度，估計(jì)速度，電壓、電流以及一些參數(shù)的實(shí)時(shí)觀察值，下位機(jī)程序就是控制系統(tǒng)的主控程序，包括電壓采樣程序， 電流采用程序，模擬量采樣程序，A/Dconverter采樣程序，坐標(biāo)變換程序，PI控制器調(diào)劑程序，轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)程序，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速估計(jì)程序，PWM生成程序，報(bào)警程序等等。硬件電路包括主電路控制板、檢測電路、系統(tǒng)保護(hù)電路和其它外圍電路的設(shè)計(jì)。如圖4為單臺逆變器拖動(dòng)四臺異步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)主電路功能結(jié)構(gòu)圖。主電路控制板采用簡單的CPLD UC95144XL)芯片，來進(jìn)行邏輯保護(hù)功能，采集并處理計(jì)算信號， 輸出驅(qū)動(dòng)信號到逆變電路，提高系統(tǒng)的安全性。
權(quán)利要求
1. 一種單臺逆變器拖動(dòng)四臺異步電機(jī)的矢量控制方法，其特征在于，由一臺逆變器拖動(dòng)四臺異步電機(jī)，啟動(dòng)時(shí)，由檢測模塊中的4路電壓傳感器、電流傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器分別檢測四臺電機(jī)運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速、線電壓和線電流；將檢測到的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速ω作差之后分別得到4路轉(zhuǎn)速的差值，經(jīng)過PI控制器變換得到四臺電機(jī)相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，之后經(jīng)過轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊相應(yīng)的平均環(huán)節(jié)得到平均轉(zhuǎn)矩；將各個(gè)電機(jī)的線電壓和線電流通過對應(yīng)的轉(zhuǎn)子磁通計(jì)算模塊分別得到各電機(jī)磁通之后，經(jīng)過平均磁通計(jì)算模塊作相應(yīng)的平均計(jì)算；最后通過平均轉(zhuǎn)矩和平均磁鏈得到d軸和q軸坐標(biāo)上的瞬時(shí)電流，經(jīng)過矢量旋轉(zhuǎn)變換模塊和 2/3變換模塊得到驅(qū)動(dòng)三相電壓型逆變器模塊的PWM波形，輸出控制異步電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單臺逆變器拖動(dòng)四臺異步電機(jī)的矢量控制方法，把多個(gè)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)平均起來，看成一個(gè)抽象的“平均電機(jī)”來控制。當(dāng)各個(gè)電機(jī)工作狀況一樣的時(shí)候，相當(dāng)于控制一個(gè)電機(jī)，控制機(jī)理簡單。當(dāng)有電機(jī)的工作情況與其它電機(jī)不同，彼此間就會產(chǎn)生差值。此方法就是利用差值和平均值，通過矢量平均地方法，抽象出一臺電機(jī)，根據(jù)反饋來控制逆變器，驅(qū)動(dòng)多個(gè)電機(jī)正常運(yùn)行。用DSP來實(shí)現(xiàn)的。此控制方法有效地減少了系統(tǒng)的體積和成本，提高系統(tǒng)的可靠性，簡化了系統(tǒng)的維護(hù)。
文檔編號H02P21/00GK102364870SQ20111030722
公開日2012年2月29日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者萬衡, 潘悅維, 陳文博, 黃佳 申請人:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院