一種基于轉(zhuǎn)矩觀測的異步電機矢量控制磁場定向矯正方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種基于轉(zhuǎn)矩觀測的異步電機矢量控制磁場定向矯正方法，屬于異步電機調(diào)速領(lǐng)域。包括勵磁電流環(huán)、轉(zhuǎn)矩電流環(huán)、轉(zhuǎn)子磁場定向環(huán)節(jié)、定子磁鏈辨識環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)矩觀測環(huán)節(jié)、空間矢量調(diào)制環(huán)節(jié)、三相全橋逆變器、異步電機。利用dq和αβ坐標系下的轉(zhuǎn)矩觀測差值實現(xiàn)磁場定向矯正。本發(fā)明直接觀測定子磁鏈，而無需觀測轉(zhuǎn)子磁鏈；因此轉(zhuǎn)子側(cè)的參數(shù)變化對磁場定向矯正系統(tǒng)無影響，參數(shù)魯棒性好。定向矯正模型原理明確，結(jié)構(gòu)簡單。本發(fā)明在異步電機矢量控制調(diào)速場合將有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種基于轉(zhuǎn)矩觀測的異步電機矢量控制磁場定向矯正方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的基于轉(zhuǎn)矩觀測的異步電機矢量控制磁場定向矯正方法，屬于交流電機類 的異步電機調(diào)速方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前異步電機矢量控制以其良好的控制性能及動態(tài)響應(yīng)，廣泛地應(yīng)用于電動汽車 驅(qū)動系統(tǒng)、及交流傳動領(lǐng)域當中。20世紀70年代，德國西門子公司F.Blaschke等提出的 "感應(yīng)電機磁場定向的控制原理"和美國P. C. Custman與A. A. Clark申請的專利"感應(yīng)電機 定子電壓的變換控制"，奠定了矢量控制的基礎(chǔ)。其基本出發(fā)點是，以旋轉(zhuǎn)的空間轉(zhuǎn)子磁通 矢量為參考方向，利用靜止坐標到旋轉(zhuǎn)坐標之間的變換，將旋轉(zhuǎn)的定子電流矢量分解成勵 磁直流分量和轉(zhuǎn)矩直流分量，分別進行磁場和轉(zhuǎn)矩控制，從而將異步電機多變量、強耦合、 非線性的時變參數(shù)系統(tǒng)等效成直流電機那樣調(diào)速。然而觀測轉(zhuǎn)子磁鏈需要知道轉(zhuǎn)子電感和 轉(zhuǎn)子電阻，參數(shù)的時變對矢量控制的性能影響較大。
[0003] 針對如何降低矢量控制對參數(shù)的敏感性，目前的主要方法主要分為兩類：一類是 直接辨識電機參數(shù)，包括離線測量技術(shù)、狀態(tài)觀測器、模型參考自適應(yīng)、滑模觀測器等，但是 這類方法不僅計算量較為復(fù)雜而且辨識精度低，辨識參數(shù)的精度易受其他未辨識的參數(shù)誤 差影響。另一類方法是略過參數(shù)辨識環(huán)節(jié)而直接保證磁場定向的準確，建立磁場定向矯正 系統(tǒng)。利用模型參考自適應(yīng)的原理，通過兩個模型對同一個量的輸出偏差對參考系統(tǒng)進行 調(diào)節(jié)，其具有簡單原理，計算量較少，辨識精度較高等特點，較多的被用于控制系統(tǒng)中。主要 方法有：通過電壓模型觀測轉(zhuǎn)子磁鏈，進而利用轉(zhuǎn)子磁鏈q軸分量為零對轉(zhuǎn)差頻率進行校 正確保磁場定向準確；或者是通過構(gòu)造基于無功功率的轉(zhuǎn)子磁場定向矯正系統(tǒng)，通過保證 無功功率與給定值相等進而保證轉(zhuǎn)子的勵磁水平恒定確保磁場定準確。顯然以上兩種方法 直接觀測轉(zhuǎn)子磁鏈，觀測的精度易受轉(zhuǎn)子側(cè)參數(shù)的影響。定向的精度不僅受到互感的影響， 而且引入了漏感系數(shù)，電機漏感的測定通常較為困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提出一種對電機本身參數(shù)依賴性小，控制簡單易實現(xiàn)、辨識精 度高的異步電機矢量控制磁場定向矯正方法。
[0005] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案： 一種基于轉(zhuǎn)矩觀測的異步電機矢量控制磁場定向矯正方法，其特征在于，包括勵磁 電流環(huán)、轉(zhuǎn)矩電流環(huán)、轉(zhuǎn)子磁場定向環(huán)節(jié)、定子磁鏈辨識環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)矩觀測環(huán)節(jié)、空間矢量調(diào) 制環(huán)節(jié)、三相全橋逆變器、異步電機。勵磁電流環(huán)將給定勵磁電流

【權(quán)利要求】
1. 一種基于轉(zhuǎn)矩觀測的異步電機矢量控制磁場定向矯正方法，其特征在于，包括 勵磁電流環(huán)、轉(zhuǎn)矩電流環(huán)、轉(zhuǎn)子磁場定向環(huán)節(jié)、定子磁鏈辨識環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)矩觀測環(huán)節(jié)、空間 矢量調(diào)制環(huán)節(jié)、三相全橋逆變器、異步電機；勵磁電流環(huán)將給定勵磁電流is/與實際勵 磁電流的差值進行比例和積分環(huán)節(jié)，調(diào)節(jié)出勵磁電壓"W，進而維持異步電機的轉(zhuǎn)子 磁鏈恒定；轉(zhuǎn)矩環(huán)將異步電機的給定轉(zhuǎn)速角頻率《/，與異步電機實際轉(zhuǎn)速角頻率 的差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)出給定轉(zhuǎn)矩電流，再與實際轉(zhuǎn)矩電流'的差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié) 得到轉(zhuǎn)矩電壓進而實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)矩控制；通過電機的轉(zhuǎn)矩電流、勵磁電流is/， 得到給定轉(zhuǎn)差角頻率《/，其中異步電機給定轉(zhuǎn)差角頻率《/= 4；V~is/， 兄為轉(zhuǎn)子時間常數(shù)、4為轉(zhuǎn)子電感，兄轉(zhuǎn)子電阻；給定轉(zhuǎn)差角頻率與補償轉(zhuǎn)差角 頻率J ?/之和加轉(zhuǎn)子電角頻率凡《。再經(jīng)過積分即可得到觀測轉(zhuǎn)子磁場定向角 轉(zhuǎn)矩觀測環(huán)節(jié)分別在而坐標系和〃，坐標系下觀測出轉(zhuǎn)矩估值和測轉(zhuǎn)矩 與觀測轉(zhuǎn)子磁場定向角##有關(guān)，而與觀測轉(zhuǎn)子磁場定向角%無關(guān)；如果當前觀 測的磁場定向角度存在偏差，則在兩個坐標系下觀測的轉(zhuǎn)矩值^^和^^必然存在偏差； 其中補償轉(zhuǎn)差角頻率由#坐標系估測轉(zhuǎn)矩##|^和而坐標系估測轉(zhuǎn)矩^~的差值經(jīng) 過pi調(diào)節(jié)器得到；^ 的具體求解過程如下： (1) 利用電流傳感器檢測得到異步電機定子三相相電流iS3、isA、i:，經(jīng)過磁勢不變的 3/2變換，得剎亦靜I卜坐標系中的宙子電流/一、7、：
再將⑴式經(jīng)過G#/?變換得到而旋轉(zhuǎn)坐標系下異步電機當前的勵磁分量和轉(zhuǎn) 矩分量iSl7 :
其中角%即為當前觀測的轉(zhuǎn)子磁場定位角；再由勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進一步求 得異步電機在當前觀測@旋轉(zhuǎn)坐標系下的轉(zhuǎn)矩:
(2) 利用電壓傳感器獲得三相全橋逆變器的直流母線電壓化e，士e與三相全橋逆變器的 占空比(HA)組合計算得出異步電機在靜止abc坐標系下的三相相電壓wS3、?、心；
將異步電機在靜止abc坐標系下的三相相電壓《S3、進行磁勢不變的3/2變換， 得到異步電機在靜止〃，坐標系下的定子電壓";_i_i
利用式（5)、式（1)計算得出的異步電機在靜止坐標系下的定子電壓、化#和 定子電流求得在靜止〃，坐標系下的定子磁鏈:_
結(jié)合式⑴式（6)可進一步求得異步電機在而旋轉(zhuǎn)坐標系下的轉(zhuǎn)矩
可以看出由式（7)估測的轉(zhuǎn)矩與定向角度##無關(guān)，而式（3)得到的轉(zhuǎn)矩與定向角度有 關(guān)；這樣根據(jù)定向準確時，兩個坐標系下觀測的轉(zhuǎn)矩相等，即可利用PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)出補償 轉(zhuǎn)差頻率
【文檔編號】H02P21/08GK104283477SQ201410507248
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】燕俊峰, 廖啟新, 王曉琳 申請人:廖啟新