本發(fā)明涉及一種異步電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種大功率異步電動(dòng)機(jī)前饋補(bǔ)償抑制定子電流諧波方法。

背景技術(shù)：

電力能源是現(xiàn)代最清潔的能源，目前我國(guó)總電量中超過(guò)60％是通過(guò)異步電機(jī)消耗的，因此，提高異步電機(jī)運(yùn)行效率對(duì)節(jié)約能源具有重要意義，在工業(yè)領(lǐng)域中大功率異步電機(jī)運(yùn)行效率過(guò)低問(wèn)題也是電機(jī)控制領(lǐng)域的核心問(wèn)題，在提高運(yùn)行效率的同時(shí)能夠滿足電機(jī)系統(tǒng)的安全性和可靠性要求，具有很高的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

現(xiàn)有技術(shù)主要是利用電機(jī)大慣性的屬性，忽略脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)低開(kāi)關(guān)頻率控制，以此提高大功率電機(jī)的運(yùn)行效率，然而，該技術(shù)只能應(yīng)用于某些對(duì)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩性能要求不高的場(chǎng)合，并且低開(kāi)關(guān)頻率控制勢(shì)必會(huì)造成電機(jī)系統(tǒng)高諧波含量，在大功率異步電機(jī)系統(tǒng)中高諧波含量電流會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的額外銅耗，制約電機(jī)運(yùn)行效率的提升，提高開(kāi)關(guān)頻率可實(shí)現(xiàn)低畸變電流，但是這會(huì)造成變流器的高開(kāi)關(guān)損耗；

若采用常規(guī)的pwm(如空間矢量pwm)控制，實(shí)現(xiàn)低開(kāi)關(guān)頻率控制大功率電機(jī)，則會(huì)導(dǎo)致諧波電流增大，銅耗增加，造成過(guò)高脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而加大電機(jī)軸系機(jī)械諧振的可能性，影響與電機(jī)耦合的設(shè)備的安全，降低電機(jī)系統(tǒng)的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種大功率異步電動(dòng)機(jī)前饋補(bǔ)償抑制定子電流諧波方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種大功率異步電動(dòng)機(jī)前饋補(bǔ)償抑制定子電流諧波方法，其特征在于，包括以下步驟：

s1)、信號(hào)采集：實(shí)時(shí)采集變流器的直流側(cè)電壓異步電機(jī)定子電流并通過(guò)編碼器采集異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速ω(k)；

s2)、轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)：利用預(yù)測(cè)電流內(nèi)環(huán)控制得到的開(kāi)關(guān)信號(hào)sa,b,c(k)和直流側(cè)電壓合成電機(jī)的定子電壓矢量其計(jì)算表達(dá)式為：

在靜止坐標(biāo)系中，異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶繛椋?/p>

并根據(jù)得到的轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶?imgfile="bda0001288760770000022.gif"wi="507"he="63"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>求得其幅值ψr(k)和定向角度θ(k)；

其中，lr為轉(zhuǎn)子電感，lm為定轉(zhuǎn)子間互感，ls為定子電感，rs為定子電阻；

s3)、電磁轉(zhuǎn)矩觀測(cè)：利用異步電機(jī)全階狀態(tài)自適應(yīng)滑膜觀測(cè)器可得到異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩為：

對(duì)上述等式兩邊求導(dǎo)得到電磁轉(zhuǎn)矩紋波的觀測(cè)，具體為：

其中，np為電機(jī)極對(duì)數(shù)，isq(k)為定子電流q軸分量，δisq(k)為轉(zhuǎn)矩電流變化量，

s4)、電磁轉(zhuǎn)矩紋波前饋補(bǔ)償：通過(guò)采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)分為速度環(huán)與磁鏈環(huán)，其中磁鏈環(huán)的磁鏈控制器輸出的控制量isdf(k)與電磁轉(zhuǎn)矩紋波δte(k)產(chǎn)生的前饋補(bǔ)償控制量進(jìn)行疊加作為勵(lì)磁電流的給定控制isd(k)，而可知控制isd(k)補(bǔ)償isq(k)可使得趨于穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)低諧波電流控制，其中，所述的前饋補(bǔ)償控制量：

磁鏈控制器輸出的控制量其中，kψp，tψi、tψd、ψr^*分別為磁鏈控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)、磁鏈給定量，isq(k)與isd(k)分別為經(jīng)過(guò)clarke與park變換之后的q軸分量和d軸分量；

s5)、轉(zhuǎn)速外環(huán)控制：將給定轉(zhuǎn)速ω^*和采集到的轉(zhuǎn)速信號(hào)ω(k)作差值后進(jìn)行pi控制得到電磁轉(zhuǎn)矩電流給定量具體為：

其中，kp、ti、td分別為pi控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、為微分時(shí)間常數(shù)；

s6)、電流內(nèi)環(huán)預(yù)測(cè)控制：以電磁轉(zhuǎn)矩電流給定量與勵(lì)磁電流的給定作為內(nèi)環(huán)控制器給定量，通過(guò)采集到的當(dāng)前時(shí)刻的電流矢量并根據(jù)簡(jiǎn)化電機(jī)模型：

對(duì)其進(jìn)行離散化，從而預(yù)測(cè)得到下一時(shí)刻的電流矢量

其中，rr為轉(zhuǎn)子電阻，σ為電機(jī)漏磁系數(shù)，np為電機(jī)極對(duì)數(shù)，ts為采樣周期；

s7)、通過(guò)給定價(jià)值函數(shù)分別計(jì)算8組開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的價(jià)值函數(shù)值大小，并選取價(jià)值函數(shù)值最小的開(kāi)關(guān)狀態(tài)作為控制輸出；

s8)、開(kāi)關(guān)信號(hào)控制：通過(guò)采用變步長(zhǎng)開(kāi)關(guān)信號(hào)給定法，設(shè)定容差范圍，具體為：

其中，b是容差邊界圓半徑，

若電流不在容差邊界圓內(nèi)時(shí)，則將上述計(jì)算的價(jià)值函數(shù)的最小值對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)作為控制輸出，否則保持原有開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

本發(fā)明的有益效果為：通過(guò)預(yù)測(cè)控制輸出結(jié)果生成開(kāi)關(guān)信號(hào)以驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管，無(wú)需調(diào)制，減少了調(diào)制控制過(guò)程中的某些不必要的開(kāi)關(guān)變化，從而大大降低開(kāi)關(guān)損耗，通過(guò)獨(dú)立io控制方式對(duì)開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，而取代一般的脈寬調(diào)制波控制開(kāi)關(guān)狀態(tài)方式，從而在容差范圍內(nèi)能夠有效的減少開(kāi)關(guān)次數(shù)，大大降低了大功率異步電機(jī)在低頻開(kāi)關(guān)信號(hào)控制下的諧波電流含量和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高了大功率異步電機(jī)的運(yùn)行效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明的控制框架圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明：

如圖1和圖2所示，一種大功率異步電動(dòng)機(jī)前饋補(bǔ)償抑制定子電流諧波方法，其特征在于，包括以下步驟：

s1)、信號(hào)采集：實(shí)時(shí)采集變流器的直流側(cè)電壓異步電機(jī)定子電流并通過(guò)編碼器采集異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速ω(k)；

s2)、轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)：利用預(yù)測(cè)電流內(nèi)環(huán)控制得到的開(kāi)關(guān)信號(hào)sa,b,c(k)和直流側(cè)電壓合成電機(jī)的定子電壓矢量其計(jì)算表達(dá)式為：

在靜止坐標(biāo)系中，異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶繛椋?/p>

并根據(jù)得到的轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶?imgfile="bda0001288760770000047.gif"wi="506"he="61"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>求得其幅值ψr(k)和定向角度θ(k)；

其中，lr為轉(zhuǎn)子電感，lm為定轉(zhuǎn)子間互感，ls為定子電感，rs為定子電阻；

s3)、電磁轉(zhuǎn)矩紋波觀測(cè)：利用異步電機(jī)全階狀態(tài)自適應(yīng)滑膜觀測(cè)器可得到異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩為：

對(duì)上述等式兩邊求導(dǎo)得到電磁轉(zhuǎn)矩紋波的觀測(cè)，具體為：

其中，np為電機(jī)極對(duì)數(shù)，isq(k)為定子電流q軸分量，δisq(k)為轉(zhuǎn)矩電流變化量，

s4)、電磁轉(zhuǎn)矩紋波前饋補(bǔ)償：通過(guò)采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)分為速度環(huán)與磁鏈環(huán)，其中磁鏈環(huán)的磁鏈控制器輸出的控制量isdf(k)與電磁轉(zhuǎn)矩紋波δte(k)產(chǎn)生的前饋補(bǔ)償控制量進(jìn)行疊加作為勵(lì)磁電流的給定使得趨于穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)低諧波電流控制，其中，所述的前饋補(bǔ)償控制量：

磁鏈控制器輸出的控制量其中，kψp，tψi、tψd、ψr^*分別為磁鏈控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)、磁鏈給定量，isq(k)與isd(k)分別為經(jīng)過(guò)clarke與park變換之后的q軸分量和d軸分量；

s5)、轉(zhuǎn)速外環(huán)控制：將給定轉(zhuǎn)速ω^*和采集到的轉(zhuǎn)速信號(hào)ω(k)作差值后進(jìn)行pi控制得到電磁轉(zhuǎn)矩電流給定量具體為：

其中，kp、ti、td分別為pi控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、為微分時(shí)間常數(shù)；

s6)、電流內(nèi)環(huán)預(yù)測(cè)控制：以電磁轉(zhuǎn)矩電流給定量與勵(lì)磁電流的給定作為內(nèi)環(huán)控制器給定量，通過(guò)采集到的當(dāng)前時(shí)刻的電流矢量并根據(jù)簡(jiǎn)化電機(jī)模型：

對(duì)其進(jìn)行離散化，從而預(yù)測(cè)得到下一時(shí)刻的電流矢量

其中，rr為轉(zhuǎn)子電阻，σ為電機(jī)漏磁系數(shù)，np為電機(jī)極對(duì)數(shù)，ts為采樣周期；

s7)、通過(guò)給定價(jià)值函數(shù)分別計(jì)算8組開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的價(jià)值函數(shù)值大小，并選取價(jià)值函數(shù)值最小的開(kāi)關(guān)狀態(tài)作為控制輸出；

s8)、開(kāi)關(guān)信號(hào)控制：通過(guò)采用變步長(zhǎng)開(kāi)關(guān)信號(hào)給定法，設(shè)定容差范圍，

其中，b是容差邊界圓半徑，

若電流不在容差邊界圓內(nèi)時(shí)，則將上述計(jì)算的價(jià)值函數(shù)的最小值對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)作為控制輸出，否則保持原樣。

上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理和最佳實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。