專利名稱：雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置與速度測(cè)量方法及控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙饋電機(jī)的測(cè)量方法及控制裝置，特別是一種雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子位 置與速度測(cè)量方法及控制裝置。
背景技術(shù)：
在高性能的雙饋電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子位置和速度的閉環(huán)控制環(huán)節(jié)一般是必 不可少的?；谒俣葌鞲衅鞯目刂葡到y(tǒng)，采用光電碼盤、測(cè)速發(fā)電機(jī)等機(jī)械速度傳感器來(lái)進(jìn) 行電機(jī)速度檢測(cè)，并反饋轉(zhuǎn)速信號(hào)。這些系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)能力較差，同時(shí)機(jī)械速度傳 感器存在安裝問(wèn)題，并且增加了系統(tǒng)的維護(hù)工作量。目前的無(wú)速度傳感器控制系統(tǒng)，利用檢測(cè)電機(jī)定子電壓、電流等物理量，結(jié)合轉(zhuǎn)子 磁路的不對(duì)稱性進(jìn)行位置和速度估計(jì)以取代機(jī)械傳感器。該系統(tǒng)解決了機(jī)械速度傳感器帶 來(lái)的問(wèn)題，降低了系統(tǒng)成本，但是目前的估算方法對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴性強(qiáng)，而且計(jì)算和控制 比有機(jī)械速度傳感器系統(tǒng)復(fù)雜，響應(yīng)較慢，低速動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置與速度測(cè)量方法及控制裝置， 解決雙饋電機(jī)速度閉環(huán)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題，同時(shí)提高控制系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確 性。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明解決雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置與速度測(cè)量的技術(shù) 方案有測(cè)量方法和控制裝置測(cè)量方法為a、系統(tǒng)控制器一方面控制轉(zhuǎn)子功率變換器為雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組供電，另一方面通 過(guò)轉(zhuǎn)子功率變換器在一相轉(zhuǎn)子繞組中疊加頻率為fH的高頻勵(lì)磁信號(hào)，雙饋電機(jī)定子三相繞 組中產(chǎn)生頻率為fH的電流信號(hào)；b、利用電流互感器檢測(cè)雙饋電機(jī)定子三相繞組中含有頻率為fH高頻分量的電流 信號(hào)，將該電流信號(hào)通過(guò)信號(hào)濾波器進(jìn)行濾波，信號(hào)濾波器分離電流互感器檢測(cè)出的頻率 為fH的高頻電流信號(hào)和基波電流信號(hào)；c、雙饋電機(jī)定子三相繞組中頻率為fH的高頻信號(hào)與轉(zhuǎn)子角度e成余弦關(guān)系，雙 饋電機(jī)轉(zhuǎn)子速度^是轉(zhuǎn)子角度e對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，對(duì)頻率為fH的高頻電流信號(hào)進(jìn)行處理，即 可得到轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)與電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)；d、將測(cè)出的轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)與電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣電路送至系統(tǒng)控制器，系 統(tǒng)控制器將其與給定信號(hào)進(jìn)行比較，從而發(fā)出控制信號(hào)對(duì)轉(zhuǎn)子功率變換器進(jìn)行控制；e、轉(zhuǎn)子功率變換器依據(jù)系統(tǒng)控制器所發(fā)出的控制信號(hào)改變其輸出，從而實(shí)現(xiàn)可靠 準(zhǔn)確地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速?？刂蒲b置為雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子電流互感器連接至轉(zhuǎn)子功率變換器，再通過(guò)變壓器
3連接至三相交流電網(wǎng)；轉(zhuǎn)子功率變換器連接系統(tǒng)控制器；雙饋電機(jī)定子繞組經(jīng)過(guò)電流互感 器連接至電網(wǎng)，電壓互感器與定子繞組并聯(lián)；電流互感器連接至信號(hào)濾波器；電壓互感器、 信號(hào)濾波器和轉(zhuǎn)子電流互感器都與采樣電路連接，采樣電路的輸出端與系統(tǒng)控制器的輸入 端連接；系統(tǒng)控制器的另一輸入端與速度等信號(hào)給定電路連接。有益效果由于采用了上述方案，不采用機(jī)械速度傳感器裝置，利用雙饋電機(jī)本身 的機(jī)械結(jié)構(gòu)和其中的電磁關(guān)系，使用轉(zhuǎn)子一相繞組注入高頻電壓信號(hào)的方法，直接準(zhǔn)確地 測(cè)量出轉(zhuǎn)子的位置和速度，達(dá)到了良好的控制效果，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的組成，提高了系統(tǒng)的可靠 性及速度控制的準(zhǔn)確性。解決了雙饋電機(jī)速度閉環(huán)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題，提高了控制系統(tǒng)的可靠 性和準(zhǔn)確性，達(dá)到了本發(fā)明的目的。優(yōu)點(diǎn)在有刷式雙饋電機(jī)中不使用機(jī)械速度傳感器，利用雙饋電機(jī)本身的電磁結(jié) 構(gòu)，采用轉(zhuǎn)子注入高頻信號(hào)的方法直接測(cè)出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可 靠性，提高了速度控制的準(zhǔn)確性。


圖1為雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子位置與速度測(cè)量原理圖；圖2為雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子位置與速度測(cè)量及控制系統(tǒng)圖。圖中1、電流互感器；2、電壓互感器；3、定子繞組；4、定子鐵心；5、轉(zhuǎn)子鐵心；6、 轉(zhuǎn)子繞組；7、轉(zhuǎn)子電流互感器；8、轉(zhuǎn)子功率變換器；9、變壓器；10、采樣電路；11、信號(hào)濾波 器；12、系統(tǒng)控制器；13、速度等信號(hào)給定電路。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 對(duì)雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置與速度測(cè)量的測(cè)量方法為a、系統(tǒng)控制器12 —方面控制轉(zhuǎn)子功率變換器8為雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組6供電，另一 方面通過(guò)轉(zhuǎn)子功率變換器8在一相轉(zhuǎn)子繞組中疊加頻率為fH的高頻勵(lì)磁信號(hào)，雙饋電機(jī)定 子三相繞組中產(chǎn)生頻率為fH的電流信號(hào)；b、利用電流互感器1檢測(cè)雙饋電機(jī)定子三相繞組中含有頻率為fH高頻分量的電 流信號(hào)，將該電流信號(hào)通過(guò)信號(hào)濾波器11進(jìn)行濾波，信號(hào)濾波器11分離電流互感器1檢測(cè) 出的頻率為fH的高頻電流信號(hào)和基波電流信號(hào)；C、雙饋電機(jī)定子三相繞組中頻率為fH的高頻信號(hào)與轉(zhuǎn)子角度e成余弦關(guān)系，雙 饋電機(jī)轉(zhuǎn)子速度^是轉(zhuǎn)子角度e對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，對(duì)頻率為fH的高頻電流信號(hào)進(jìn)行處理，即 可得到轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)與電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)；d、將測(cè)出的轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)與電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣電路10送至系統(tǒng)控制器 12，系統(tǒng)控制器12將其與給定信號(hào)進(jìn)行比較，從而發(fā)出控制信號(hào)對(duì)轉(zhuǎn)子功率變換器8進(jìn)行 控制；e、轉(zhuǎn)子功率變換器8依據(jù)系統(tǒng)控制器12所發(fā)出的控制信號(hào)改變其輸出，從而實(shí)現(xiàn) 可靠準(zhǔn)確地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置與速度測(cè)量的測(cè)量方法的控制裝置為雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子 繞組6經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子電流互感器7連接至轉(zhuǎn)子功率變換器8，再通過(guò)變壓器9連接至三相交流電網(wǎng)；轉(zhuǎn)子功率變換器8連接系統(tǒng)控制器12，轉(zhuǎn)子功率變換器8采用常規(guī)的功率變換器，系 統(tǒng)控制器12采用常規(guī)的控制器；雙饋電機(jī)定子繞組3經(jīng)過(guò)電流互感器1連接至電網(wǎng)，電壓 互感器2與定子繞組3并聯(lián)；電流互感器1連接至信號(hào)濾波器11，信號(hào)濾波器11采用常規(guī) 的信號(hào)濾波器；電壓互感器2、信號(hào)濾波器11和轉(zhuǎn)子電流互感器7都與采樣電路10連接， 采樣電路10采用目前常規(guī)的采用電路，采樣電路10的輸出端與系統(tǒng)控制器12的輸入端連 接；系統(tǒng)控制器12的另一輸入端與速度等信號(hào)給定電路13連接，速度等信號(hào)給定電路13 為常規(guī)電路。本發(fā)明的雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子位置與速度測(cè)量原理利用系統(tǒng)控制器12，控制轉(zhuǎn)子功率變換器8，為雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組6供電。為了檢 測(cè)轉(zhuǎn)子位置和速度，需要在電機(jī)轉(zhuǎn)子 相繞組中施加頻率為fH的高頻電壓勵(lì)磁信號(hào)，因此 轉(zhuǎn)子功率變換器8在輸出正常勵(lì)磁電壓的同時(shí)，還要疊加一個(gè)高頻電壓輸出。定義電機(jī)定子U相繞組的相軸為U軸，轉(zhuǎn)子 相繞組的相軸為 軸，二者的空間 夾角的電角度為0。如果電機(jī)極對(duì)數(shù)為P，則u軸與^軸夾角的機(jī)械角度、與電角度e 的關(guān)系為0 = PXθr(1)當(dāng)轉(zhuǎn)子^相繞組施加高頻勵(lì)磁信號(hào)時(shí)，會(huì)在^軸產(chǎn)生高頻脈振磁場(chǎng)，其幅值所在 位置會(huì)隨轉(zhuǎn)子位置的變化而移動(dòng)。當(dāng)^軸與定子U相繞組相軸(即U軸)的空間夾角的 電角度為0時(shí)，定子U相繞組感應(yīng)的頻率為fH的高頻電勢(shì)信號(hào)為Eh ；若^軸與定子U軸的 空間夾角的電角度為0， 軸高頻脈振磁場(chǎng)在定子三相繞組(U相、V相和W相)中感應(yīng)頻 率為fH的高頻電勢(shì)信號(hào)(Euh、Evh和Em)，它們的大小為
權(quán)利要求
一種雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置與速度測(cè)量方法，其特征是測(cè)量方法為a、系統(tǒng)控制器一方面控制轉(zhuǎn)子功率變換器為雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組供電，另一方面通過(guò)轉(zhuǎn)子功率變換器在一相轉(zhuǎn)子繞組中疊加頻率為fH的高頻勵(lì)磁信號(hào)，雙饋電機(jī)定子三相繞組中產(chǎn)生頻率為fH的電流信號(hào)；b、利用電流互感器檢測(cè)雙饋電機(jī)定子三相繞組中含有頻率為fH高頻分量的電流信號(hào)，將該電流信號(hào)通過(guò)信號(hào)濾波器進(jìn)行濾波，信號(hào)濾波器分離電流互感器檢測(cè)出的頻率為fH的高頻電流信號(hào)和基波電流信號(hào)；c、雙饋電機(jī)定子三相繞組中頻率為fH的高頻信號(hào)與轉(zhuǎn)子角度θ成余弦關(guān)系，雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子速度nr是轉(zhuǎn)子角度θ對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，對(duì)頻率為fH的高頻電流信號(hào)進(jìn)行處理，即可得到轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)與電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)；d、將測(cè)出的轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)與電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣電路送至系統(tǒng)控制器，系統(tǒng)控制器將其與給定信號(hào)進(jìn)行比較，從而發(fā)出控制信號(hào)對(duì)轉(zhuǎn)子功率變換器進(jìn)行控制；e、轉(zhuǎn)子功率變換器依據(jù)系統(tǒng)控制器所發(fā)出的控制信號(hào)改變其輸出，從而實(shí)現(xiàn)可靠準(zhǔn)確地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
2.一種實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置與速度測(cè)量方法的控制裝置，其特征是控制裝置 為雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子電流互感器連接至轉(zhuǎn)子功率變換器，再通過(guò)變壓器連接 至三相交流電網(wǎng)；轉(zhuǎn)子功率變換器連接系統(tǒng)控制器；雙饋電機(jī)定子繞組經(jīng)過(guò)電流互感器連 接至電網(wǎng)，電壓互感器與定子繞組并聯(lián)；電流互感器連接至信號(hào)濾波器；電壓互感器、信號(hào) 濾波器和轉(zhuǎn)子電流互感器都與采樣電路連接，采樣電路的輸出端與系統(tǒng)控制器的輸入端連 接；系統(tǒng)控制器的另一輸入端與速度等信號(hào)給定電路連接。
全文摘要
一種雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置與速度測(cè)量方法及控制裝置，屬于雙饋電機(jī)的測(cè)量方法及控制裝置。方法為在雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子一相繞組中注入高頻勵(lì)磁信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置改變，轉(zhuǎn)子繞組所產(chǎn)生的高頻脈振磁勢(shì)在定子繞組中產(chǎn)生的高頻電流信號(hào)幅值也隨之改變，將測(cè)量出的轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速信號(hào)反饋給控制器，控制器根據(jù)給定信號(hào)就可以對(duì)雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行準(zhǔn)確地控制。優(yōu)點(diǎn)在有刷式雙饋電機(jī)中不使用機(jī)械速度傳感器，利用雙饋電機(jī)本身的機(jī)械結(jié)構(gòu)和其中的電磁關(guān)系，使用轉(zhuǎn)子一相繞組注入高頻電壓信號(hào)的方法，直接準(zhǔn)確地測(cè)量出轉(zhuǎn)子的位置和速度，達(dá)到了良好的控制效果，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的組成，提高了系統(tǒng)的可靠性及速度控制的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)H02P21/14GK101944875SQ20101029095
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者何鳳有, 張曉 , 胡堃, 譚國(guó)俊, 鄧先明 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué);徐州中礦大傳動(dòng)與自動(dòng)化有限公司