電機控制系統(tǒng)及電機側功率因數(shù)的控制方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電機控制技術領域，特別涉及一種電機側功率因數(shù)的控制方法、一種電機側功率因數(shù)的控制裝置以及一種電機控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著變頻控制技術的快速發(fā)展和高效節(jié)能概念的推廣，永磁同步電機控制技術已經(jīng)取得較大進步，但對于永磁同步電機的功率因數(shù)的控制仍存在一定的不足:
[0003]例如，當采用Id = O或MTPA (Maximum Torque Per Ampere，最大轉矩電流比)的控制方式對電機進行控制時，均未對功率因數(shù)進行控制，如果電機負載較大或弱磁較深，則將導致功率因數(shù)變得很差，從而無法滿足實際要求。另外，當采用無位置傳感器對電機角度進行估算時，由于位置估算是基于電機運行參數(shù)比較準確的情況下完成，而如果電機運行參數(shù)不準確，則將導致Id = O的控制變?yōu)樵龃呕蛉醮趴刂?，以至于達不到實際控制效果。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種能夠對電機側功率因數(shù)進行準確控制的電機側功率因數(shù)的控制方法。
[0005]本發(fā)明的另一個目的在于提出一種電機側功率因數(shù)的控制裝置。本發(fā)明的又一個目的在于提出一種電機控制系統(tǒng)。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面實施例提出了一種電機側功率因數(shù)的控制方法，包括以下步驟:采用Id’ = O的控制方式對電機進行控制以獲取當前控制周期的虛擬坐標系下的交軸電壓Uq’和直軸電壓Ud’ ；根據(jù)所述當前控制周期的虛擬坐標系下的交軸電壓Uq’和直軸電壓Ud,計算第一控制值；獲取功率因數(shù)控制目標值，并根據(jù)所述功率因數(shù)控制目標值計算目標控制值；對所述目標控制值與所述第一控制值之差進行PI控制以獲得坐標偏移角度，并將所述坐標偏移角度疊加到所述當前控制周期的電機角度以建立下一控制周期的虛擬坐標系，以實現(xiàn)所述電機側功率因數(shù)可控。
[0007]根據(jù)本發(fā)明實施例的電機側功率因數(shù)的控制方法，通過Id’ = O的控制方式對電機進行控制以獲取當前控制周期的虛擬坐標系下的交軸電壓Uq’和直軸電壓Ud’，根據(jù)交軸電壓Uq’和直軸電壓Ud’以及功率因數(shù)控制目標值獲取坐標偏移角度，并將坐標偏移角度疊加到當前控制周期的電機角度以建立下一控制周期的虛擬坐標系，以實現(xiàn)電機側功率因數(shù)可控。也就是說，通過對dq坐標系旋轉以建立虛擬坐標系，并在虛擬坐標系下采用Id’=O的控制方式對電機進行控制，以使電機的電壓矢量與電流矢量之間的夾角為虛擬坐標系下Uq’與Uq’和Ud’的矢量和之間的夾角，從而在無需準確獲取電機運行參數(shù)的情況下即可實現(xiàn)對電機側功率因數(shù)的準確控制，提高了變頻器的使用效率、驅動效率以及電機工作效率。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在將所述坐標偏移角度疊加到所述當前控制周期的電機角度之前，還對所述坐標偏移角度進行角度限制處理。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一控制值根據(jù)以下公式計算:
[0010]A = (Uq，)2/(Uq，)2+(Ud，)2
[0011]其中，A為所述第一控制值，Uq’為所述虛擬坐標系下的交軸電壓，Ud’為所述虛擬坐標系下的直軸電壓。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述電機角度通過對所述電機進行位置估算得到。
[0013]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明另一方面實施例提出了一種電機側功率因數(shù)的控制裝置，包括偏移角度計算模塊和控制模塊，其中，所述控制模塊采用Id’ = O的控制方式對電機進行控制以獲取當前控制周期的虛擬坐標系下的交軸電壓Uq’和直軸電壓Ud’ ；所述偏移角度計算模塊根據(jù)所述當前控制周期的虛擬坐標系下的交軸電壓Uq’和直軸電壓Ud’計算第一控制值，并獲取功率因數(shù)控制目標值，以及根據(jù)所述功率因數(shù)控制目標值計算目標控制值，并對所述目標控制值與所述第一控制值之差進行PI控制以獲得坐標偏移角度；所述控制模塊將所述坐標偏移角度疊加到所述當前控制周期的電機角度以建立下一控制周期的虛擬坐標系，以實現(xiàn)所述電機側功率因數(shù)可控。
[0014]根據(jù)本發(fā)明實施例的電機側功率因數(shù)的控制裝置，控制模塊通過Id’ = O的控制方式對電機進行控制以獲取當前控制周期的虛擬坐標系下的交軸電壓Uq’和直軸電壓Ud’，并根據(jù)交軸電壓Uq’和直軸電壓Ud’以及功率因數(shù)控制目標值獲取坐標偏移角度，以及將坐標偏移角度疊加到當前控制周期的電機角度以建立下一控制周期的虛擬坐標系，以實現(xiàn)電機側功率因數(shù)可控。也就是說，通過對dq坐標系旋轉以建立虛擬坐標系，并在虛擬坐標系下采用Id’ = O的控制方式對電機進行控制，以使電機的電壓矢量與電流矢量之間的夾角為虛擬坐標系下Uq’與Uq’和Ud’的矢量和之間的夾角，從而在無需準確獲取電機運行參數(shù)的情況下即可實現(xiàn)對電機側功率因數(shù)的準確控制，提高了變頻器的使用效率、驅動效率以及電機工作效率。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述控制模塊在將所述坐標偏移角度疊加到所述當前控制周期的電機角度之前，還通過角度限制器對所述坐標偏移角度進行角度限制處理。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述偏移角度計算模塊根據(jù)以下公式計算所述第一控制值:
[0017]A = (Uq，)2/(Uq，)2+(Ud，)2
[0018]其中，A為所述第一控制值，Uq’為所述虛擬坐標系下的交軸電壓，Ud’為所述虛擬坐標系下的直軸電壓。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，通過位置估算模塊對所述電機進行位置估算以得到所述電機角度。
[0020]此外，本發(fā)明的實施例還提出了一種電機控制系統(tǒng)，其包括上述的電機側功率因數(shù)的控制裝置。
[0021 ] 本發(fā)明實施例的電機控制系統(tǒng)通過上述的電機側功率因數(shù)的控制裝置，能夠在無需準確獲取電機運行參數(shù)的情況下即可實現(xiàn)對電機側功率因數(shù)的準確控制，提高了電機控制系統(tǒng)中變頻器的使用效率、驅動效率以及電機工作效率。
【附圖說明】
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的電機側功率因數(shù)的控制方法的流程圖。
[0023]圖2是常規(guī)的Id = O的控制方式下電機的電壓電流的矢量圖。
[0024]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的Id’ = O的控制方式下電機的電壓電流的矢量圖。
[0025]圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電機的控制系統(tǒng)圖。
[0026]圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的坐標偏移角度的獲取過程圖。
[0027]圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的電機側功率因數(shù)的控制裝置的方框示意圖。
[0028]附圖標記:偏移角度計算模塊10、控制模塊20和位置估計模塊30。
【具體實施方式】
[0029]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0030]下面參照附圖來描述根據(jù)本發(fā)明實施例提出的電機側功率因數(shù)的控制方法、電機側功率因數(shù)的控制裝置以及電機控制系統(tǒng)。
[0031]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的電機側功率因數(shù)的控制方法的流程圖。如圖1所示，該電機側功率因數(shù)的控制方法包括以下步驟:
[0032]SI，采用Id’ = O的控制方式對電機進行控制以獲取當前控制周期的虛擬坐標系下的交軸電壓Uq’和直軸電壓Ud’。其中，電機可以為永磁同步電機(PMSM，PermanentMagnet Synchronous Motor)ο
[0033]S2，根據(jù)當前控制周期的虛擬坐標系下的交軸電壓Uq’和直軸電壓Ud’計算第一控制值。
[0034]具體地，電機側功率因數(shù)是指電機的電壓矢量與電流矢量之間夾角的余弦值。當采用d軸電流為零，即Id = O的控制方式對電機進行控制時，如圖2所示，電機側功率因數(shù)cos Θ 1= Uq/Us，其中，Θ I為電機的電壓矢量與電流矢量之間的夾角，Uq為q軸電壓，Us為電機的電壓幅值。此時電機側功率因數(shù)cos Θ i不可控，若要控制電機側功率因數(shù)為任意值，則需要控制d軸電流Id # 0，如控制d軸電流Id > O或控制d軸電流Id < 0，而如果此時仍采用上述Id = O時的電機側功率因數(shù)計算方法，則無法實現(xiàn)對電機側功率因數(shù)的任意控制。因此，在本發(fā)明的實施例中，通過設定的d’ q’虛擬坐標系來實現(xiàn)電機側功率因數(shù)的任意控制。
[0035]具體而言，如圖3所示，假設Id < 0，則電流矢量與q軸之間的夾角為β，此時可以以電流矢量為基準重新建立一個坐標系，即d’ q’虛擬坐標系，其中直軸(d’軸)與d軸相差β角度。在電機控制過程中，在d’q’虛擬坐標系上，采用Id’= O的控制方式對電機進行控