一種永磁同步感應(yīng)電動機速度的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于電機控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種永磁同步感應(yīng)電動機速度的控制方法， 特別是一種在端口哈密頓控制方法與阻尼調(diào)節(jié)器相結(jié)合控制永磁同步感應(yīng)電動機速度的 方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 交流伺服系統(tǒng)由于控制精度高、恒轉(zhuǎn)矩輸出、響應(yīng)速度快和轉(zhuǎn)速高等特點，在自動 控制系統(tǒng)中扮演者越來越重要的角色?，F(xiàn)有的永磁同步感應(yīng)電動機具有體積小、性能好、結(jié) 構(gòu)簡單、可靠性高、轉(zhuǎn)矩大和魯棒性強等優(yōu)點，被廣泛地應(yīng)用于高精度、高性能要求的伺服 系統(tǒng)中，永磁同步感應(yīng)電動機屬于非線性電磁能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，是一個雙端口網(wǎng)絡(luò)，其輸入端 口是電氣端口，輸出端口是機械端口；單位時間內(nèi)電氣端口的電壓與電流的乘積是電能，機 械端口的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積是機械能，根據(jù)能量守恒原理，電氣端口的電能需要與機械端 口的機械能相等，能量成形的端口受控哈密頓方法是通過向電氣端口注入電能來確定系統(tǒng) 對于給定轉(zhuǎn)速的跟蹤，故稱之為能量控制，該方法應(yīng)用于永磁同步感應(yīng)電動機的速度控制 雖然已經(jīng)取得了一定的成果，但還存在著缺陷。
[0003] 目前，已公開的文獻(xiàn)中由于海生、王海亮和趙克友等在《青島大學(xué)學(xué)報（工程技術(shù) 版）》2005年3期發(fā)表的"永磁同步電機的哈密頓系統(tǒng)建模與控制"等共12篇相關(guān)論文，均 是通過能量成形的端口受控哈密頓方法對永磁同步感應(yīng)電動機進行速度控制，使速度在期 望的平衡點上取得最小值，但這種方法在速度或負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生較大變化時均存在不能快速 響應(yīng)的缺點，對端口受控哈密頓方法分析、研宄后發(fā)現(xiàn)，阻尼系數(shù)的大小是制約系統(tǒng)響應(yīng)速 度的關(guān)鍵因素，阻尼系數(shù)越小，響應(yīng)速度越快，但超調(diào)越大；反之，阻尼系數(shù)越大，響應(yīng)速度 越慢，超調(diào)越小直至減小為零?，F(xiàn)有的端口受控哈密頓方法均是根據(jù)經(jīng)驗選取某個固定的 阻尼系數(shù)，使系統(tǒng)在超調(diào)為零的情況下響應(yīng)速度快達(dá)到最快，即使這樣，依然很難滿足系統(tǒng) 快速響應(yīng)的要求。因此，有必要尋求設(shè)計提出一種改進的控制方法，在能量成形的端口受控 哈密頓方法的基礎(chǔ)上加入阻尼調(diào)節(jié)器的控制策略，阻尼調(diào)節(jié)器根據(jù)實際速度與給定速度 差和變化率實時調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)，使永磁同步感應(yīng)電動機控制系統(tǒng)在保持原有穩(wěn)定性能的基 礎(chǔ)上，獲得較快的響應(yīng)速度和零超調(diào)。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，尋求設(shè)計提供一種永磁同步感應(yīng)電 動機速度的控制方法，將能量成形的端口受控哈密頓方法與阻尼調(diào)節(jié)器相結(jié)合，有效克服 響應(yīng)速度慢和穩(wěn)態(tài)誤差的缺點。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在控制系統(tǒng)中實現(xiàn)，具體包括以下步驟：
[0006] (1)、先通過控制系統(tǒng)的速度檢測單元測得永磁同步感應(yīng)電動機的實際轉(zhuǎn)速參 數(shù)；
[0007] (2)、再通過控制系統(tǒng)的電流檢測單元測得永磁同步感應(yīng)電動機定子的三相電流 值；
[0008] (3)、然后將步驟（1)測得的實際轉(zhuǎn)速參數(shù)與步驟（2)測得的三相電流值送給負(fù)載 轉(zhuǎn)矩觀測器得到電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測值；
[0009] (4)、阻尼調(diào)節(jié)器根據(jù)給定轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速參數(shù)計算得到阻尼系數(shù)；
[0010] (5)、端口受控哈密頓控制器根據(jù)給定轉(zhuǎn)速、步驟（1)測得的實際轉(zhuǎn)速參數(shù)、步驟 (2)測得的三相電流值、步驟（3)得到的負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測值和步驟（4)得到的阻尼系數(shù)計算出 控制電壓值，并將控制電壓值輸送給三相逆變器；
[0011] (6)、三相逆變器根據(jù)控制電壓值將直流電源轉(zhuǎn)變?yōu)槿嘟涣麟娫打?qū)動永磁同步 感應(yīng)電動機；
[0012] (7)、永磁同步感應(yīng)電動機實現(xiàn)穩(wěn)定輸出，然后返回步驟（1)，實現(xiàn)對永磁同步感應(yīng) 電動機的連續(xù)控制。
[0013] 本發(fā)明所述控制系統(tǒng)以端口受控哈密頓控制器為核心的端口受控哈密頓控制系 統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)包括能量控制器模塊、電流檢測單元、速度檢測單元、三相逆變 器和永磁同步感應(yīng)電動機，其中能量控制器模塊包括端口受控哈密頓控制器、負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀 測器和阻尼調(diào)節(jié)器；電流檢測單元分別與永磁同步感應(yīng)電動機、能量控制器模塊相連，電流 檢測單元將永磁同步感應(yīng)電動機的定子三相電流輸送給能量控制器模塊；速度檢測單元分 別與永磁同步感應(yīng)電動機、能量控制器模塊相連，速度檢測單元將永磁同步感應(yīng)電動機的 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速傳送給能量控制器模塊；能量控制器模塊中的負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測器根據(jù)永磁同步感應(yīng) 電動機的定子三相電流與轉(zhuǎn)子速度計算負(fù)載轉(zhuǎn)矩，并將負(fù)載轉(zhuǎn)矩傳送至端口受控哈密頓 控制器，阻尼調(diào)節(jié)器根據(jù)轉(zhuǎn)子速度與給定轉(zhuǎn)速計算阻尼系數(shù)，并將阻尼系統(tǒng)傳輸至端口受 控哈密頓控制器，端口受控哈密頓控制器根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、阻尼系數(shù)、定子三相電流和轉(zhuǎn)子速 度得到控制電壓，并將控制電壓輸出送到三相逆變器；三相逆變器與能量控制器模塊、永磁 同步感應(yīng)電動機相連，三相逆變器根據(jù)能量控制器模塊給的控制電壓值將直流電源轉(zhuǎn)變?yōu)?三相交流電源驅(qū)動永磁同步感應(yīng)電動機。
[0014] 本發(fā)明所述能量控制器模塊的設(shè)計過程包括以下步驟：
[0015] (21)、先給出永磁同步感應(yīng)電動機的端口受控哈密頓模型；
[0016] (22)、再確定永磁同步感應(yīng)電動機的平衡點；
[0017] (23)、然后確定隱極永磁同步感應(yīng)電動機（Ld=Lq)的平衡點對應(yīng)的輸入；
[0018] (24)、設(shè)計永磁同步感應(yīng)電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測器；
[0019] (25)、設(shè)計永磁同步感應(yīng)電動機系統(tǒng)的端口受控哈密頓控制器；
[0020] (26)、設(shè)計帶有阻尼系數(shù)調(diào)節(jié)器的永磁同步感應(yīng)電動機系統(tǒng)的端口受控哈密頓控 制器。
[0021] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，是在現(xiàn)有的控制技術(shù)上增加一個簡單的實時阻尼調(diào)節(jié)器 來控制電機的轉(zhuǎn)速，其設(shè)計原理簡單，安全可靠，控制步驟簡單，控制速度精確，控制環(huán)境友 好。
【附圖說明】：
[0022] 圖1為本發(fā)明所述控制系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)原理示意框圖。
[0023]圖2為本發(fā)明涉及的端口受控哈密頓控制方法在阻尼系數(shù)ri、r2分別為-2, _1，0 和1時速度對比圖，在初始狀態(tài)為零，從零時刻開始負(fù)載轉(zhuǎn)矩由ON?!!!變?yōu)?N?!!!，給定轉(zhuǎn)速 由Orpm變?yōu)?00rpm情況下仿真實驗得到。
[0024]圖3為本發(fā)明的端口受控哈密頓控制方法在阻尼系數(shù)ri、r2分別為_2、1和由阻 尼調(diào)節(jié)器實時調(diào)節(jié)時的速度對比圖，在初始狀態(tài)為零，從零時刻開始負(fù)載轉(zhuǎn)矩由0N?!!!變?yōu)?3N?m，給定轉(zhuǎn)速由Orpm變?yōu)?00rpm情況下仿真實驗得到。
[0025] 圖4為本發(fā)明的端口受控哈密頓控制方法阻尼調(diào)節(jié)器實時調(diào)節(jié)時的參數(shù)圖，在初 始狀態(tài)為零，從零時刻開始負(fù)載轉(zhuǎn)矩由0N?m變?yōu)?N?m，給定轉(zhuǎn)速由Orpm變?yōu)?00rpm情 況下仿真實驗得到。
[0026]圖5為本發(fā)明的端口受控哈密頓控制方法在阻尼系數(shù)ri、r2分別為_2、1和由阻 尼調(diào)節(jié)器實時調(diào)節(jié)時的速度對比圖，在初始狀態(tài)為零，從零時刻開始負(fù)載轉(zhuǎn)矩由0N?!!!變?yōu)?3N?!]!，給定轉(zhuǎn)速在零時刻由Orpm變?yōu)閘OOrprn、在0.Is時由lOOrprn變?yōu)閘OOOrpm情況下仿 真實驗得到。
[0027] 圖6為本發(fā)明的端口受控哈密頓控制方法阻尼調(diào)節(jié)器實時調(diào)節(jié)時的參數(shù)圖，在初 始狀態(tài)為零，從零時刻開始負(fù)載轉(zhuǎn)矩由0N?m變?yōu)?N?m，給定轉(zhuǎn)速在零時刻由Orpm變?yōu)?lOOrprn、在0.Is時由lOOrprn變?yōu)閘OOOrpm情況下仿真實驗得到。
【具體實施方式】：
[0028] 下面結(jié)合附圖并通過實施例對本發(fā)明做進一步