本發(fā)明屬于電機設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種力矩電機的控制方法。

背景技術(shù)：

力矩電機通常會被用于橫機起底板的升降電機，但是傳統(tǒng)的橫機起底板升降電機即力矩電機工作在開環(huán)模式，容易受電網(wǎng)電壓的波動導(dǎo)致輸出力矩不穩(wěn)定，影響編制質(zhì)量的好壞；其次，由于母線電壓很容易發(fā)生波動，最終造成電動機的波動，影響加工質(zhì)量。

為解決上述技術(shù)問題，中國專利公開了一種電磁力矩電機及其控制方法[申請?zhí)枺篊N105024589A]，包括轉(zhuǎn)子和定子，轉(zhuǎn)子連接有相位檢測機構(gòu)，其特征在于：所述轉(zhuǎn)子包括至少一組環(huán)形排列的中心永磁體2，定子包括至少一組環(huán)形排列的第一電磁鐵1和一組環(huán)形排列的第二電磁鐵3，第一電磁鐵1和第二電磁鐵3分別位于中心永磁體2的軸向兩端，相鄰中心永磁體2的極性相反設(shè)置，第一電磁鐵1和第二電磁鐵3交錯設(shè)置。

上述技術(shù)方案雖然從力矩電機的結(jié)構(gòu)方面達(dá)到節(jié)能、工作可靠，盡量穩(wěn)定輸出力矩的目的，但是該技術(shù)方案沒有從控制方面考慮穩(wěn)定問題，穩(wěn)定改進(jìn)效果有限，抗波動能力還存在很大的提升空間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述問題，提供一種力矩電機的控制方法；解決了現(xiàn)有技術(shù)所存在容易受電網(wǎng)電壓波動影響導(dǎo)致輸出力矩不穩(wěn)等的技術(shù)問題。

本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案：一種力矩電機的控制方法，包括以下步驟：

S1：采用SVPWM控制對電機進(jìn)行控制以減小力矩波動；

S2：采用母線電壓采樣電路對母線電壓進(jìn)行采樣檢測，并對輸出電壓進(jìn)行電壓補償，以確保輸出電壓的準(zhǔn)確性。

通過上述技術(shù)方案，先采用SVPWM控制對電機進(jìn)行控制，同時在電機工作的過程中對母線電壓進(jìn)行采樣檢測和電壓補償，從兩個方面保證電壓輸出穩(wěn)定，提高電壓的輸出質(zhì)量。

在上述的力矩電機的控制方法中，在步驟S1中，所述的SVPWM控制采用的是SVPWM閉環(huán)伺服控制。

在上述的力矩電機的控制方法中，在步驟S1中，所述的SVPWM控制對電機進(jìn)行控制過程還包括以下步驟：

S2-1：將靜止坐標(biāo)系變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系來將兩相進(jìn)行完全解耦；

S2-2：將經(jīng)電流調(diào)節(jié)器輸出的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流量進(jìn)行坐標(biāo)逆變換得到靜止坐標(biāo)系下的交流量。

在上述的力矩電機的控制方法中，在步驟S1中，SVPWM控制通過控制基本電壓空間矢量的作用時間，以及由基本電壓空間矢量合成的合成電壓空間矢量對電機進(jìn)行控制。

在上述的力矩電機的控制方法中，所述的基本電壓空間矢量的作用時間和合成電壓空間矢量通過以下步驟進(jìn)行控制：

S2-3；通過基本電壓空間矢量的作用時間計算方法得到基本電壓空間矢量的作用時間；

S2-4：通過合成電壓空間矢量計算方法得到由合成電壓空間矢量的運動軌跡確定的合成電壓空間矢量。

在上述的力矩電機的控制方法中，在步驟S2-3中，在作用時間計算以前，先將原坐標(biāo)系進(jìn)行逆時針旋轉(zhuǎn)45度的坐標(biāo)變換以得到新坐標(biāo)系。

在上述的力矩電機的控制方法中，在步驟S2-3中，所述的基本電壓空間矢量的作用時間計算方法包括公式①,公式②，以及由公式①和②得出的包含基本電壓空間矢量的作用時間的函數(shù)公式③，即

其中，t₁：A相基本電壓空間矢量V₁的作用時間；

t₂：B相基本電壓空間矢量V₂的作用時間；

T_s：換相周期；

u_α：A相基本電壓；

u_β：B相基本電壓；

u_d：對應(yīng)的輸出電壓。

在上述的力矩電機的控制方法中，在步驟S2-4中，所述的合成電壓空間矢量計算方法為公式④，即

其中，

U_s：合成電壓空間矢量

R_sI_s：電機繞組壓降，忽略；

磁鏈圓，表示合成電壓空間矢量的運動軌跡；

定子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g角度；

磁鏈Ψ_s的幅值；

ω₁：旋轉(zhuǎn)角速度。

在上述的力矩電機的控制方法中，所述的磁鏈圓通過采用基本電壓空間矢量的組合得到：

在每一個T_PWM期間內(nèi)，改變相鄰基本電壓空間矢量的作用時間，并保證合成的合成電壓空間矢量的幅值都相等，這樣當(dāng)T_PWM足夠小時，合成電壓空間矢量的運動軌跡就是一個類圓形的正多邊形。

在上述的力矩電機的控制方法中，步驟S2中，通過調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通角以改變繞組的磁飽和度來進(jìn)行電壓補償。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，的優(yōu)點在于：采用SVPWM閉環(huán)伺服控制，避免電機在開環(huán)模式下更容易受電網(wǎng)電壓波動影響的問題；將電機的控制問題轉(zhuǎn)化為合成電壓空間矢量運動軌跡的問題，按照磁鏈圓軌跡來控制電機工作，具有更好的控制效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的SVPWM閉環(huán)伺服控制的驅(qū)動框圖；

圖2是本發(fā)明提供的基本電壓空間矢量圖；

圖3是本發(fā)明提供的坐標(biāo)變換圖；

圖4是本發(fā)明提供的合成電壓空間矢量關(guān)系圖；

圖5是本發(fā)明提供的合成電壓空間矢量圖。

具體實施方式

實施例一

一種力矩電機的控制方法，包括以下步驟：

S1：采用SVPWM控制對電機進(jìn)行控制以減小力矩波動；

優(yōu)選地，SVPWM控制采用的是SVPWM閉環(huán)伺服控制，如圖1所示，S所指的點為母線電壓采樣點，SVPWM閉環(huán)伺服控制由雙H橋構(gòu)成全橋逆變電路，Q₁Q₂Q₃Q₄為A相供電，Q₅Q₆Q₇Q₈為B相供電，兩相相互獨立，可以采用SVPWM控制。Q₁Q₄采用同一個PWM控制信號，而Q₂Q₃采用與Q₁Q₄相反的PWM控制，這樣每相繞組需要兩路PWM控制信號，兩相繞組剛好4路PWM信號。

當(dāng)Q₁Q₄導(dǎo)通時，Q₂Q₃關(guān)斷，則A相繞組接正電壓流過正電流。以A相為例，不同的開關(guān)組合對應(yīng)的輸出電壓如下表所示：

表1輸出電壓

當(dāng)(Q₁,Q₃)＝(0,1)時，(u_α,u_β)＝(-u_d,-u_d)，由于U_s＝u_α+u_βe^jγ，其中γ＝90°，則有根據(jù)圖2可知，按照上述方式，同樣可以得到其它基本電壓空間矢量，幅值均為空間上相差如下表所示：

表2基本電壓空間矢量

進(jìn)一步地，SVPWM控制對電機進(jìn)行控制過程還包括以下步驟：S2-1：由于電流相位差90°，只需將靜止坐標(biāo)系變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系來將兩相進(jìn)行完全解耦，變換前后磁動勢不變，各相繞組匝數(shù)依舊相同，如下式所示：

S2-2：在電流閉環(huán)中，經(jīng)電流調(diào)節(jié)器輸出的合成電壓空間矢量為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流量，所以需要將經(jīng)電流調(diào)節(jié)器輸出的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流量進(jìn)行坐標(biāo)逆變換得到靜止坐標(biāo)系下的交流量，如下式所示：

SVPWM控制通過控制基本電壓空間矢量的作用時間，以及由基本電壓空間矢量合成的合成電壓空間矢量對電機進(jìn)行控制。

其中，基本電壓空間矢量的作用時間和合成電壓空間矢量通過以下步驟進(jìn)行控制：

S2-3；通過基本電壓空間矢量的作用時間計算方法得到基本電壓空間矢量的作用時間；

優(yōu)選地，為了便于計算，在作用時間計算以前，先進(jìn)行一個簡單的坐標(biāo)變換，原坐標(biāo)系α-β坐標(biāo)系和新坐標(biāo)系A(chǔ)—B坐標(biāo)系如圖3所示，A—B坐標(biāo)系為α-β坐標(biāo)系逆時針旋轉(zhuǎn)45°，A軸與基本電壓矢量V₁重合，B軸與A軸垂直，得到期望合成電壓空間矢量關(guān)系，如圖4所示。

其中，由圖可以得出公式又因為公式

所以可得

上式求解可得到公式

其中，t₁：A相基本電壓空間矢量V₁的作用時間；

t₂：B相基本電壓空間矢量V₂的作用時間；

T_s：換相周期；

u_α：A相基本電壓；

u_β：B相基本電壓；

u_d：對應(yīng)的輸出電壓。

所以，可知基本電壓空間矢量的作用時間計算方法包括公式①和公式②，以及由公式①和②得出的包含基本電壓空間矢量的作用時間的函數(shù)公式③，即

S2-4：通過合成電壓空間矢量計算方法得到由合成電壓空間矢量的運動軌跡確定的合成電壓空間矢量。

如圖5所示，A、B表示靜止的兩相定子繞組，它們在空間相差90°，兩相電壓u_α、u_β分別加在兩相繞組上，則空間各矢量的表達(dá)式可以寫成：

U_s＝u_α+u_βe^jγ

I_s＝i_α+i_βe^jγ

其中γ＝2π/3，當(dāng)電機A、B繞組通入幅值為U_m的兩相對稱電壓時，則合成的電壓空間電壓矢量為

合成電壓空間矢量以電源角速度ω₁旋轉(zhuǎn)，其幅值與相電壓幅值相等，若其中一相電壓達(dá)到最大值，合成電壓空間矢量就與該軸線重合。

其中，在忽略電機繞組壓降的時候，相電壓可以用式

當(dāng)電機通入兩相對稱電壓時，其磁鏈空間矢量恒速旋轉(zhuǎn)，且幅值為定值，運動軌跡程圓形，即磁鏈圓軌跡，可以表示為是定子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g角度。

根據(jù)以上兩個式子可以得到由合成電壓空間矢量的運動軌跡確定的合成電壓空間矢量的合成電壓空間矢量計算方法的公式④，即

其中，

U_s：合成電壓空間矢量

R_sI_s：電機繞組壓降，忽略；

磁鏈圓，表示合成電壓空間矢量的運動軌跡；

定子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g角度；

磁鏈Ψ_s的幅值；

ω₁：旋轉(zhuǎn)角速度。

合成電壓空間矢量U_s與磁鏈?zhǔn)噶空?，其方向沿磁鏈圓的切線方向；當(dāng)磁鏈?zhǔn)噶吭诳臻g旋轉(zhuǎn)一周時，電壓矢量也連續(xù)地按磁鏈圓的切線方向運動2π弧度，這樣電機的控制問題就可以轉(zhuǎn)化為合成電壓空間矢量運動軌跡的問題。

進(jìn)一步地，磁鏈圓通過采用基本電壓空間矢量的組合得到：

在每一個T_PWM期間內(nèi)，改變相鄰基本電壓空間矢量的作用時間，并保證合成的合成電壓空間矢量的幅值都相等，這樣當(dāng)T_PWM足夠小時，合成電壓空間矢量的運動軌跡就是一個類圓形的正多邊形。

根據(jù)步驟S1可知，對電機本質(zhì)的控制是控制基本電壓空間矢量的作用時間以及由基本電壓空間矢量合成的合成電壓空間矢量，而基本電壓矢量與母線有關(guān)，若母線電壓發(fā)生波動則會影響到電機電流的控制，最終表現(xiàn)為電機波動較大，影響加工質(zhì)量，所以需要采用電壓補償技術(shù)可以消除母線電壓波動帶來的影響，本實施例采用步驟S2的電壓補償技術(shù)，S2：采用母線電壓采樣電路對母線電壓進(jìn)行采樣檢測，并對輸出電壓進(jìn)行電壓補償，以確保輸出電壓的準(zhǔn)確性，具體表現(xiàn)為通過調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通角以改變繞組的磁飽和度來進(jìn)行電壓補償。

實施例二

本實施例與實施例一類似，不同之處在于，本實施例的電壓補償技術(shù)采用具有中央控制芯片，能夠自動根據(jù)對應(yīng)的標(biāo)幺值進(jìn)行電壓補償?shù)闹悄苎a償集成設(shè)備進(jìn)行電壓補償：

220V的交流電源對應(yīng)直流母線電壓V_dc為310V，但是實際工況下V_dc會隨著電源電壓的波動而變化，因此中央控制芯片所對應(yīng)的電壓的標(biāo)幺值也需要進(jìn)行調(diào)整。

例：需要輸出100V的電壓，則標(biāo)幺值在中央控制芯片內(nèi)用100/310＝0.323來表示，如果電源電壓波動，采集到的母線電壓變成290V，此時的0.323就不能代表100V了，只有93.67V，需要對電壓輸出值進(jìn)行調(diào)整。

解決方法：母線電壓改變的系數(shù)為310/290＝1.069，標(biāo)幺值需為0.323×1.069＝0.345的時候，輸出電壓才能符合規(guī)定，所以智能補償集成設(shè)備根據(jù)標(biāo)幺值的改變需要，通過智能補償集成設(shè)備中的補償控制器和智能投切開關(guān)等切換模式直到輸出電壓/母線電壓的標(biāo)幺值滿足條件。

通過上述技術(shù)方案，先采用SVPWM控制對電機進(jìn)行控制，同時在電機工作的過程中對母線電壓進(jìn)行采樣檢測和電壓補償，從兩個方面保證電壓輸出穩(wěn)定，提高電壓的輸出質(zhì)量。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。

盡管本文較多地使用了基本電壓空間矢量、合成電壓空間矢量、磁鏈圓等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。