基于新型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的異步電機(jī)速度控制裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于新型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的異步電機(jī)速度控制裝置，其特征是，包括異步電機(jī)模塊、轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器、Park變換模塊、逆Park變換模塊、d軸電流控制器、q軸電流控制器、速度控制器、第一比較模塊、第二比較模塊和第三比較模塊；所述異步電機(jī)模塊包括轉(zhuǎn)子模塊、定子改進(jìn)模塊、互感磁鏈模塊、轉(zhuǎn)矩模塊和運(yùn)動模塊。本實(shí)用新型所達(dá)到的有益效果：定子改進(jìn)模塊的結(jié)構(gòu)在保證同等仿真精度的同時還可有效提高系統(tǒng)仿真速度，新型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器能較準(zhǔn)確地觀測轉(zhuǎn)子磁鏈值，實(shí)現(xiàn)寬范圍的調(diào)速性能。新型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器在異步電機(jī)高速和低速運(yùn)動時均能保持較好的控制性能，穩(wěn)態(tài)誤差小。
【專利說明】基于新型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的異步電機(jī)速度控制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的異步電機(jī)速度控制裝置，屬于交流伺服電機(jī)控制【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]異步電機(jī)具有高可靠性、高效率和低成本等突出優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)、民用和軍事等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]由于異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型復(fù)雜，具有高度非線性，并且系統(tǒng)參數(shù)會隨著工況的變化而變化，因此給異步電機(jī)的控制帶來很大的難度。目前，在大多數(shù)高性能應(yīng)用場合，控制異步電機(jī)最常用的方法是矢量控制，但存在速度慢、耗時長等問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了克服現(xiàn)有異步電機(jī)模型仿真速度慢和轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器觀測性能不佳的不足，本實(shí)用新型提供一種基于新型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的異步電機(jī)速度控制裝置，不僅能提高系統(tǒng)仿真速度，而且能較準(zhǔn)確地觀測轉(zhuǎn)子磁鏈值，實(shí)現(xiàn)寬范圍的調(diào)速性能。
[0005]一種基于新型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的異步電機(jī)速度控制裝置，其特征是，包括異步電機(jī)模塊、轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器、Park變換模塊、逆Park變換模塊、d軸電流控制器、q軸電流控制器、速度控制器、第一比較模塊、第二比較模塊和第三比較模塊；所述異步電機(jī)模塊包括轉(zhuǎn)子模塊、定子改進(jìn)模塊、互感磁鏈模塊、轉(zhuǎn)矩模塊和運(yùn)動模塊；所述轉(zhuǎn)子模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、第一輸出端和第二輸出端；所述互感磁鏈模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端和輸出端；所述定子改進(jìn)模塊設(shè)置有第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端、第一輸入端和第二輸入端；所述轉(zhuǎn)矩模塊設(shè)置有輸出端和輸入端；所述運(yùn)動模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端和輸出端；所述第一比較模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端和輸出端；所述第二比較模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端和輸出端；所述第三比較模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端和輸出端；所述速度控制器設(shè)置有輸入端和輸出端；所述q軸電流控制器設(shè)置有輸入端和輸出端；所述d軸電流控制器設(shè)置有輸入端和輸出端所述逆Park變換模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和輸出端；所述Park變換模塊設(shè)置有第一輸出端、第二輸出端、第一輸入端和第二輸入端；所述轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和輸出端；所述轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的第一輸入端與所述逆Park變換模塊的輸出端相連接，所述轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的第二輸入端與所述定子改進(jìn)模塊的第三輸出端相連接，所述轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的第三輸入端與所述運(yùn)動模塊的輸出端相連接，所述轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的輸出端與所述Park變換模塊的輸入端相連接。
[0006]前述的一種基于新型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的異步電機(jī)速度控制裝置，其特征是，所述轉(zhuǎn)子模塊的第一輸出端與互感磁鏈模塊的第一輸入端相連接；所述定子改進(jìn)模塊的第一輸出端與轉(zhuǎn)矩模塊的輸入端相連接，所述定子改進(jìn)模塊的第二輸出端與互感磁鏈模塊的第二輸入端相連接，所述定子改進(jìn)模塊的第二輸入端與逆Park變換模塊的輸出端相連接；所述互感磁鏈模塊的輸出分別與轉(zhuǎn)子模塊的第一輸入端和定子改進(jìn)模塊的第一輸入端相連接；所述運(yùn)動模塊的第一輸入端與轉(zhuǎn)矩模塊的輸出端相連接。
[0007]前述的一種基于新型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的異步電機(jī)速度控制裝置，其特征是，所述第一比較模塊的第二輸入端與運(yùn)動模塊的輸出端相連接；所述速度控制器的輸入端與第一比較模塊的輸出端相連接；所述第二比較模塊的第一輸入端與速度控制器的輸出端相連接，所述第二比較模塊的第二輸入端與Park變換模塊的第一輸出端相連接；所述q軸電流控制器的輸入端與第二比較模塊的輸出端相連接；所述逆Park變換模塊的第一輸入端與q軸電流控制器的輸出端相連接，所述逆Park變換模塊的第二輸入端與d軸電流控制器的輸出端相連接，所述逆Park變換模塊的第三輸入端與轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的輸出端相連接；所述d軸電流控制器的輸入端與第三比較模塊的輸出端相連接；所述第三比較模塊的第二輸入端與Park變換模塊的第二輸出端相連接。
[0008]異步電機(jī)模塊中定子改進(jìn)模塊的結(jié)構(gòu)與仿真軟件中已有模型結(jié)構(gòu)相比作了改進(jìn)，在保證同等仿真精度的同時還可有效提高系統(tǒng)仿真速度，實(shí)用性強(qiáng)。
[0009]本實(shí)用新型所達(dá)到的有益效果:定子改進(jìn)模塊的結(jié)構(gòu)在保證同等仿真精度的同時還可有效提高系統(tǒng)仿真速度，新型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器能較準(zhǔn)確地觀測轉(zhuǎn)子磁鏈值，實(shí)現(xiàn)寬范圍的調(diào)速性能。新型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器在異步電機(jī)高速和低速運(yùn)動時均能保持較好的控制性能，穩(wěn)態(tài)誤差小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型的原理框圖；
[0011]圖2是本實(shí)用新型中定子改進(jìn)模塊的結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖3是本實(shí)用新型中異步電機(jī)模型與仿真軟件中已有模型的仿真對比圖；
[0013]圖4是本實(shí)用新型中新型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器在異步電機(jī)高速和低速運(yùn)動下與常規(guī)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的控制性能對比圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述，以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而不能以此來限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0015]一種基于轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的異步電機(jī)速度控制裝置，其特征是，包括異步電機(jī)模塊、轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器、Park變換模塊、逆Park變換模塊、d軸電流控制器、q軸電流控制器、速度控制器、第一比較模塊、第二比較模塊和第三比較模塊。
[0016]異步電機(jī)模塊包括轉(zhuǎn)子模塊、定子改進(jìn)模塊、互感磁鏈模塊、轉(zhuǎn)矩模塊和運(yùn)動模塊。
[0017]轉(zhuǎn)子模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、第一輸出端和第二輸出端。
[0018]互感磁鏈模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端和輸出端。
[0019]定子改進(jìn)模塊設(shè)置有第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端、第一輸入端和第二輸入端。
[0020]轉(zhuǎn)矩模塊設(shè)置有輸出端和輸入端。
[0021]運(yùn)動模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端和輸出端。
[0022]第一比較模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端和輸出端。
[0023]第二比較模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端和輸出端。
[0024]第三比較模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端和輸出端。
[0025]速度控制器設(shè)置有輸入端和輸出端。
[0026]q軸電流控制器設(shè)置有輸入端和輸出端。
[0027]d軸電流控制器設(shè)置有輸入端和輸出端。
[0028]逆Park變換模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和輸出端。
[0029]Park變換模塊設(shè)置有第一輸出端、第二輸出端、第一輸入端和第二輸入端。
[0030]轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和輸出端。
[0031]如圖1所示，本實(shí)用新型的內(nèi)部連接關(guān)系如下:
[0032]轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的第一輸入端與逆Park變換模塊的輸出端相連接。
[0033]轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的第二輸入端與定子改進(jìn)模塊的第三輸出端相連接。
[0034]轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的第三輸入端與運(yùn)動模塊的輸出端相連接。
[0035]轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的輸出端與Park變換模塊的輸入端相連接。
[0036]轉(zhuǎn)子模塊的第一輸出端與互感磁鏈模塊的第一輸入端相連接。
[0037]定子改進(jìn)模塊的第二輸出端與互感磁鏈模塊的第二輸入端相連接，定子改進(jìn)模塊的第二輸入端與逆Park變換模塊的輸出端相連接。
[0038]互感磁鏈模塊的輸出分別與轉(zhuǎn)子模塊的第一輸入端和定子改進(jìn)模塊的第一輸入端相連接，轉(zhuǎn)矩模塊與定子改進(jìn)模塊的第一輸出端相連接。
[0039]運(yùn)動模塊與轉(zhuǎn)矩模塊的輸出端相連接。
[0040]第一比較模塊的輸入端與運(yùn)動模塊的輸出端相連接。
[0041]速度控制器的輸入端與第一比較模塊的輸出端相連接。
[0042]第二比較模塊的第一輸入端與速度控制器的輸出端相連接，第二比較模塊的第二輸入端與Park變換模塊的第一輸出端相連接。
[0043]q軸電流控制器的輸入端與第二比較模塊的輸出端相連接。
[0044]逆Park變換模塊的第一輸入端與q軸電流控制器的輸出端相連接，逆Park變換模塊的第二輸入端與d軸電流控制器的輸出端相連接，逆Park變換模塊的第三輸入端與轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的輸出端相連接。
[0045]d軸電流控制器的輸入端與第三比較模塊的輸出端相連接。
[0046]第三比較模塊的第二輸入端與Park變換模塊的第二輸出端相連接。
[0047]定子改進(jìn)模塊的第二輸入端與逆Park變換模塊的輸出端相連接。
[0048]基于轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的異步電機(jī)速度控制裝置中的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的實(shí)現(xiàn)方式與現(xiàn)有技術(shù)不同，為:
Λ-1 ( Ψτ?(^?
[0049]6L(々)= tan v
J⑴
[0050]其中，θ ?為轉(zhuǎn)子磁鏈角，k代表第k次采樣時刻，ψ:和I 分別為轉(zhuǎn)子磁鏈電壓模型在α軸和β軸上的分量，其計算公式如下:[0051 ] L,'..? 'i 一 I 丄τ丄in ~ , ?.—丨L,...『)
s.f ?|y?itifι.!”
,rv — Τ.,: A ? _ Lf2.1ir.., I ,A' ■ ,、.，Τ.—.
[0052]^tf ? ^ J = — j ---:' ^ U>- —.t/φ I h —?
■Lj,..'I 1J J.?4_?*—I 二 Jj...
[0053]其中，isa，ise分別為定子繞組電流在a軸和β軸上的分量，Ls和L為定子和轉(zhuǎn)子繞組的自感，Lffl是定子與轉(zhuǎn)子同軸等效繞組間的互感，W和分別為定子磁鏈電壓模型在a軸和β軸上的分量，由如下公式計算得出:
[0054]L/^{k) = LfUk -1} - ^ je^(k 1-ei:ik -1)j
[0055]Ι/φ (<t) = ι/| (?-1)-^.| (k) - e-半(k-l} I
[0056]esa (k) = usa (k)-Rs.isa (k)+ucomp,ra (k)es0 (k) = us0 (k)-Rs.is0 (k) +Ucompjr0 (k)
(3)
[0057]式中，usa，Use分別為定子繞組電壓，Rs為定子電阻，esa和es0是定子繞組反電動勢，T為采樣周期，ucomp；ra和Uraml^e為補(bǔ)償電壓，計算方法如下:
[0058]Wcomp, ro C^")—太P ' |^^rc 1^") — W^c (免)! ~ ^cornp.rc,: 1^" — I)
[0059]
?comp— r(5 伏)=' [^β 00 — (k)」Ni⑩p— ^{k ^ I)( 4 )
[0060]Uck—.rc.1 (A ) - ^ccMp.rc.t (斤—I) ~ Kj.T.Wm {k) — (k) |
[0061]Hcsmp^ ^; (k) = Hcom^ rp^ Ak K1-T- [i/:P (k) ^ (k}i
[0062]S*,uramp-a>i(k)和u—djdO為補(bǔ)償電壓的積分分量,Kp和K1分別為比例和積分系數(shù)。和yip為轉(zhuǎn)子磁鏈電流模型在a軸和β軸上的分量，在其計算公式中利用了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號，即..1L.1KA.- 、
[0063]ι?2 (1:) = ul2 ik-D-T-.4:: (1:)-γ-.ι/,Ι, (1: -11 - ci\ (k}.(1: -1).S , r , S ,.; -*., ~r ' ^-!；； ' -?' - ,.?, 爲(wèi) *1 , s,.r ,: ? 1..L/rp I, K I = i/rp (K-1)-T ■； -* kp {K 1---1/,-(:1, K -1)- CJ1+ ( K * ■ Uiz\K -1,1 ^
、ItLfj 0)和
[0064]式中，艮是轉(zhuǎn)子電阻，為轉(zhuǎn)子電角速度。
[0065]在本實(shí)用新型中的數(shù)據(jù)流向為:
[0066]第一比較模塊將參考速度值《_ref與異步電機(jī)實(shí)際速度值ω作差得到速度誤差值，并將其傳輸至速度控制器；
[0067]速度控制器對速度誤差值進(jìn)行處理后，得到定子q軸電流參考值isq_ref.，并將其傳輸至第二比較模塊；
[0068]第二比較模塊將定子q軸電流參考值isq_ref與定子q軸電流實(shí)際值isq作差得到q軸電流誤差值，并將其傳輸至q軸電流控制器；
[0069]q軸電流控制器對電流誤差值進(jìn)行處理后，得到定子q軸電壓值Usq,并將其傳輸至逆Park變換模塊；
[0070]第三比較模塊將定子d軸電流參考值isd_ref與定子d軸電流實(shí)際值isd作差得到d軸電流誤差值，并將其傳輸至d軸電流控制器；
[0071 ] d軸電流控制器對電流誤差值進(jìn)行處理后，得到定子d軸電壓值usd，并將其傳輸至逆Park變換模塊；
[0072]逆Park變換模塊將定子電壓Usd和Usq變換為α-β坐標(biāo)系下的等效電壓Usa和Usfi，并將Usa和Us0傳輸至異步電機(jī)；
[0073]Park變換模塊將定子電流isa和is0變換為d_q坐標(biāo)系下的等效電流isd和isq，并將U和U分別傳輸至第三比較模塊和第二比較模塊；
[0074]轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的輸出θ ψΓ同時傳輸至Park變換模塊和逆Park變換模塊，Θ ?是Park變換和逆Park變換的基礎(chǔ)。
[0075]圖1中，Tm為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，是一個給定的量；轉(zhuǎn)子模塊的輸入端Usa和Us0的值均為恒定值0，這也是給定的；轉(zhuǎn)子模塊的輸出端^不參與計算，因此不接入任一模塊。
[0076]圖2反映的是本實(shí)用新型的定子改進(jìn)模塊的結(jié)構(gòu)圖，定子改進(jìn)模塊共有兩個輸入端，與仿真軟件已有模型的結(jié)構(gòu)相比，少了一個速度輸入端，在保證同等仿真精度的同時還可有效提高系統(tǒng)仿真速度，實(shí)用性強(qiáng)。
[0077]圖3反映的是本實(shí)用新型自建模型與仿真軟件已有模型之間吻合度高，兩者之間的誤差非常小(可在圖3的下半圖中看出)，因此實(shí)線與虛線幾乎重合。
[0078]圖4反映的是基于新型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的異步電機(jī)速度控制系統(tǒng)對不同轉(zhuǎn)速的跟蹤性能較好，因此轉(zhuǎn)速目標(biāo)值與實(shí)際值之間差值很小，A和B區(qū)域的局部放大圖在圖4的右半部分給出，在局部放大圖中可看到虛線。
[0079]本實(shí)用新型中轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器在異步電機(jī)高速和低速運(yùn)動時均能保持較好的控制性能，穩(wěn)態(tài)誤差小，從而可以有效提高系統(tǒng)仿真速度，能較準(zhǔn)確地觀測轉(zhuǎn)子磁鏈值，實(shí)現(xiàn)寬范圍的調(diào)速性能。
[0080]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.基于新型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的異步電機(jī)速度控制裝置，其特征是，包括異步電機(jī)模塊、轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器、Park變換模塊、逆Park變換模塊、d軸電流控制器、q軸電流控制器、速度控制器、第一比較模塊、第二比較模塊和第三比較模塊；所述異步電機(jī)模塊包括轉(zhuǎn)子模塊、定子改進(jìn)模塊、互感磁鏈模塊、轉(zhuǎn)矩模塊和運(yùn)動模塊； 所述轉(zhuǎn)子模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、第一輸出端和第二輸出端; 所述互感磁鏈模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端和輸出端； 所述定子改進(jìn)模塊設(shè)置有第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端、第一輸入端和第二輸入端; 所述轉(zhuǎn)矩模塊設(shè)置有輸出端和輸入端； 所述運(yùn)動模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端和輸出端； 所述第一比較模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端和輸出端； 所述第二比較模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端和輸出端； 所述第三比較模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端和輸出端； 所述速度控制器設(shè)置有輸入端和輸出端； 所述q軸電流控制器設(shè)置有輸入端和輸出端； 所述d軸電流控制器設(shè)置有輸入端和輸出端； 所述逆Park變換模塊設(shè)置有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和輸出端； 所述Park變換模塊設(shè)置有第一輸出端、第二輸出端、第一輸入端和第二輸入端； 所述轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和輸出端； 所述轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的第一輸入端與所述逆Park變換模塊的輸出端相連接，所述轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的第二輸入端與所述定子改進(jìn)模塊的第三輸出端相連接，所述轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的第三輸入端與所述運(yùn)動模塊的輸出端相連接，所述轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的輸出端與所述Park變換模塊的輸入端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于新型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的異步電機(jī)速度控制裝置，其特征是， 所述轉(zhuǎn)子模塊的第一輸出端與互感磁鏈模塊的第一輸入端相連接； 所述定子改進(jìn)模塊的第一輸出端與轉(zhuǎn)矩模塊的輸入端相連接，所述定子改進(jìn)模塊的第二輸出端與互感磁鏈模塊的第二輸入端相連接，所述定子改進(jìn)模塊的第二輸入端與逆Park變換模塊的輸出端相連接； 所述互感磁鏈模塊的輸出分別與轉(zhuǎn)子模塊的第一輸入端和定子改進(jìn)模塊的第一輸入端相連接； 所述運(yùn)動模塊的第一輸入端與轉(zhuǎn)矩模塊的輸出端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于新型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的異步電機(jī)速度控制裝置，其特征是， 所述第一比較模塊的第二輸入端與運(yùn)動模塊的輸出端相連接； 所述速度控制器的輸入端與第一比較模塊的輸出端相連接； 所述第二比較模塊的第一輸入端與速度控制器的輸出端相連接，所述第二比較模塊的第二輸入端與Park變換模塊的第一輸出端相連接； 所述q軸電流控制器的輸入端與第二比較模塊的輸出端相連接； 所述逆Park變換模塊的第一輸入端與q軸電流控制器的輸出端相連接，所述逆Park變換模塊的第二輸入端與d軸電流控制器的輸出端相連接，所述逆Park變換模塊的第三輸入端與轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的輸出端相連接； 所述d軸電流控制器的輸入端與第三比較模塊的輸出端相連接； 所述第三比較模塊的第二輸入端與Park變換模塊的第二輸出端相連接。
【文檔編號】H02P21/13GK203984292SQ201420310241
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】施昕昕, 黃家才, 溫秀蘭, 林健, 李春 申請人:南京工程學(xué)院