專利名稱：前饋加注入阻尼控制的電機驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種電機驅(qū)動控制器的命令值計算和實現(xiàn)裝置。
背景技術(shù)：
一般電機驅(qū)動控制器或變頻器，在轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制時，會根據(jù)前端環(huán)節(jié)的命 令值和反饋環(huán)節(jié)的估計值或檢測值做PI控制以得到后端環(huán)節(jié)的命令值。例如轉(zhuǎn)速控制 是根據(jù)給定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速與檢測或估計得到的實際轉(zhuǎn)速之間的誤差做PI控制，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的 命令值；磁通、轉(zhuǎn)矩、d軸電流(激磁電流)和q軸電流(轉(zhuǎn)矩電流)的控制，則是根據(jù)不同 的磁場定向，以解耦加PI控制的方法，分別產(chǎn)生d軸電流(激磁電流)、q軸電流(轉(zhuǎn)矩電 流)、d軸輸出電壓和q軸輸出電壓的的命令值。此類習(xí)知的控制方法，存在需要調(diào)試的多組PI系數(shù)，且PI系數(shù)調(diào)試?yán)щy，系統(tǒng)動 態(tài)響應(yīng)速度較慢；系統(tǒng)性能易隨電機參數(shù)的變化而降低，當(dāng)因環(huán)境溫度變化，電機參數(shù)與控 制器參數(shù)嚴(yán)重不匹配時，甚至?xí)a(chǎn)生電機啟動困難，系統(tǒng)振蕩等現(xiàn)象。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供主要目的在于提供一種電機驅(qū)動控制器，以及其中各個控制環(huán)節(jié) 輸出命令值的計算方法。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。前饋加注入阻尼控制的電機驅(qū)動裝置，包含目標(biāo)轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)，目標(biāo)轉(zhuǎn)速給定環(huán) 節(jié)給轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)速控制數(shù)值，并通過磁通幅值給定環(huán)節(jié)給刺痛控制環(huán)節(jié)幅值，由轉(zhuǎn)速 控制環(huán)節(jié)將轉(zhuǎn)矩輸送給轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)和磁通控制環(huán)節(jié)一起控制dq軸電流 控制環(huán)節(jié)，由dq軸電流控制環(huán)節(jié)產(chǎn)生d軸和q軸電壓數(shù)值，并經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，由脈寬 調(diào)變產(chǎn)生器產(chǎn)生控制信號控制電力電子開關(guān)模組，進(jìn)而控制電機運轉(zhuǎn)，由電機將運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù) 經(jīng)過轉(zhuǎn)速估計或轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)反饋給轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)，并進(jìn)行修正。其實現(xiàn)方法包含下述步驟(a)電機狀態(tài)檢測裝置取得電機目前的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)矩等；(b)電機轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩控制裝置根據(jù)期望的輸出轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩命令，計算出q軸電流 命令；(c)電機磁通控制裝置根據(jù)給定磁通幅值計算出d軸電流命令；(d)d軸和q軸電壓控制裝置計算出d軸和q軸輸出電壓命令；(e)坐標(biāo)變換和脈寬調(diào)變裝置依據(jù)輸出d軸和q軸電壓命令，產(chǎn)生所需的驅(qū)動信 號，驅(qū)動后端電力電子逆變器件，以所需頻率和電壓驅(qū)動電機，實現(xiàn)可調(diào)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩控制。本實用新型的特點是在電機驅(qū)動控制器或變頻器的各個控制環(huán)節(jié)中，根據(jù)相應(yīng) 的數(shù)學(xué)模型，按照該前端環(huán)節(jié)輸入的控制目標(biāo)的命令值，先利用前饋算法計算出輸出量命 令值中的前饋量部分；再根據(jù)控制目標(biāo)的反饋誤差計算出輸出量命令值中注入的阻尼量部 分；前饋量和注入的阻尼量兩部分合成即為各個控制環(huán)節(jié)輸出量的命令值。
3[0014]該裝置具有以下優(yōu)點算法程序簡單，易于調(diào)試實現(xiàn)；對輸入命令(轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩)跟蹤快速；動態(tài)響應(yīng)速 度高；系統(tǒng)不易受電機參數(shù)影響，穩(wěn)定性高。

下面根據(jù)附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1為本實用新型之系統(tǒng)方塊圖圖2為前饋加注入阻尼控制方法方塊圖圖3為dq軸控制環(huán)節(jié)方塊圖[0020]10目標(biāo)轉(zhuǎn)速給定[0021]20磁通幅值給定[0022]30轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)[0023]40磁通控制環(huán)節(jié)[0024]50轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)[0025]60dq軸電流控制環(huán)節(jié)[0026]70坐標(biāo)變換器[0027]80脈寬調(diào)變產(chǎn)生器[0028]90電力電子開關(guān)模組[0029]100轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)[0030]110電機(感應(yīng)電機)[0031]120磁通檢測環(huán)節(jié)[0032]130輸出轉(zhuǎn)矩檢測環(huán)節(jié)[0033]140前饋量產(chǎn)生環(huán)節(jié)[0034]150阻尼量產(chǎn)生環(huán)節(jié)[0035]160前饋量與阻尼量合成，產(chǎn)生輸出命令環(huán)節(jié)[0036]170限幅保護(hù)環(huán)節(jié)[0037]200電機轉(zhuǎn)矩和磁通幅值跟蹤控制模塊
具體實施方式
圖1為本實用新型之系統(tǒng)方塊圖，本實用新型用于電機轉(zhuǎn)矩和磁通幅值跟蹤控制 模塊180內(nèi)，包括一轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)30、一磁通幅值控制環(huán)節(jié)40、一轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)50、一 dq 軸電流控制環(huán)節(jié)60。使坐標(biāo)變換器70獲得d、q軸輸出電壓命令值，從而產(chǎn)生三相電壓命令 Vas、Vbs> Vcs給脈寬調(diào)制產(chǎn)生器80，產(chǎn)生控制信號給電力電子開關(guān)模組90用以控制電機110 運轉(zhuǎn)。實施上，目標(biāo)轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)10根據(jù)控制需要產(chǎn)生當(dāng)前目標(biāo)轉(zhuǎn)速命令值，并輸出至 磁通幅值給定環(huán)節(jié)20和轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)30 ；磁通幅值給定環(huán)節(jié)20根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)速命令值，根 據(jù)電機特性，確定磁通幅值命令值，并輸出至磁通幅值控制環(huán)節(jié)20 ；轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)30根據(jù) 目標(biāo)轉(zhuǎn)速命令值，以及回饋的電機實際轉(zhuǎn)速的檢測值或估計值，計算出輸出轉(zhuǎn)矩的命令值， 并輸出至轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)50 ；磁通幅值控制環(huán)節(jié)40根據(jù)磁通幅值命令值，以及回饋的電機實際磁通幅值的檢測值或估計值，計算出d軸電流命令值，并輸出至dq軸電流控制環(huán)節(jié)60 ； 轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)50根據(jù)輸出轉(zhuǎn)矩命令值，以及回饋的電機實際輸出轉(zhuǎn)矩的檢測值或估計值， 計算出q軸電流命令值，并輸出至dq軸電流控制環(huán)節(jié)60 ；dq軸電流控制環(huán)節(jié)根據(jù)d軸和q 軸電流的命令值，以及d軸和q軸電流的檢測值，計算出d軸和q軸輸出電壓的命令值，并 輸出至坐標(biāo)變換器70 ；由dq軸電流控制環(huán)節(jié)60產(chǎn)生的d軸和q軸電壓命令值，輸出至坐標(biāo) 變換器80后，經(jīng)由兩軸同步坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換至三軸交流坐標(biāo)系統(tǒng)，得到三相電壓命令Vas、Vbs、 V。s，三相電壓命令輸入脈寬調(diào)變產(chǎn)生器80，產(chǎn)生六臂開關(guān)控制控制信號給電力電子開關(guān)模 組90，進(jìn)而驅(qū)動控制該電機110。請再參閱圖2，為轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)30、磁通幅值控制環(huán)節(jié)40和轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)50之流 程方塊圖。轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)30、磁通幅值控制環(huán)節(jié)40和轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)50均只針對單一的控 制目標(biāo)進(jìn)行控制，分別為轉(zhuǎn)速命令、磁通幅值命令和轉(zhuǎn)矩命令；控制輸出量也唯一，分別為 轉(zhuǎn)矩命令、d軸電流命令和q軸電流命令。轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)30根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)10給出的目標(biāo)轉(zhuǎn)速命令值，依據(jù)電機機 械模型產(chǎn)生前饋轉(zhuǎn)矩命令值；再根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定性需要，由轉(zhuǎn)速估計或轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)100得 到的估計或?qū)嶋H的電機轉(zhuǎn)速產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩命令中的注入阻尼值。轉(zhuǎn)矩前饋命令值與注入阻尼 值合成，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)30的輸出轉(zhuǎn)矩命令值，以實現(xiàn)對目標(biāo)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定且快速的跟蹤控 制。磁通幅值控制環(huán)節(jié)40根據(jù)磁通幅值給定環(huán)節(jié)20給出的目標(biāo)磁通幅值命令值，依 據(jù)電機電氣部分的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型產(chǎn)生前饋d軸電流命令值；再根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定性需 要，由磁通估計或磁通檢測環(huán)節(jié)120得到的估計或?qū)嶋H的電機磁通幅值產(chǎn)生d軸電流命令 中的注入阻尼值。d軸電流前饋命令值與注入阻尼值合成，產(chǎn)生磁通幅值控制環(huán)節(jié)40的輸 出d軸電流命令值，以實現(xiàn)對目標(biāo)磁通幅值穩(wěn)定且快速的跟蹤控制。轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)50根據(jù)轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)30給出的輸出轉(zhuǎn)矩值命令值，依據(jù)電機電氣 部分的數(shù)學(xué)模型產(chǎn)生前饋q軸電流命令值；再根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定性需要，由輸出轉(zhuǎn)矩估計或檢 測環(huán)節(jié)130得到的估計或?qū)嶋H的電機輸出轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生q軸電流命令中的注入阻尼值。q軸電 流前饋命令值與注入阻尼值合成，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)50的輸出q軸電流命令值，以實現(xiàn)對 目標(biāo)輸出轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定且快速的跟蹤控制。請再參閱圖3，為dq軸電流控制環(huán)節(jié)60之流程方塊圖。該環(huán)節(jié)針對d軸和q軸電 流命令值兩個控制目標(biāo)進(jìn)行控制；控制輸出量為d軸和q軸的輸出電壓命令值。dq軸電流控制環(huán)節(jié)60根據(jù)磁通幅值控制環(huán)節(jié)40和轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)50給出的d軸 和q軸電流命令值，分別依據(jù)電機電氣部分d軸和q軸的數(shù)學(xué)模型產(chǎn)生d軸輸出電壓的前 饋命令值和q軸輸出電壓的前饋命令值；再根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定性需要，由檢測得到的d軸電流實 際值和q軸電流實際值，分別產(chǎn)生d軸輸出電壓命令和q軸輸出電壓命令中的注入阻尼值。 d軸輸出電壓的前饋命令值與注入阻尼值合成，產(chǎn)生d軸電流控制環(huán)節(jié)60的輸出d軸電壓 命令值；q軸輸出電壓的前饋命令值與注入阻尼值合成，產(chǎn)生q軸電流控制環(huán)節(jié)60的輸出 q軸電壓命令值，經(jīng)限幅等保護(hù)動作后，輸出至坐標(biāo)變換器70以實現(xiàn)對d軸電流命令值和q 軸電流命令值穩(wěn)定且快速的跟蹤控制。
權(quán)利要求前饋加注入阻尼控制的電機驅(qū)動裝置，其特征在于，包括目標(biāo)轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)，目標(biāo)轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)給轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)速控制數(shù)值，并通過磁通幅值給定環(huán)節(jié)給磁通控制環(huán)節(jié)幅值，由轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)將轉(zhuǎn)矩輸送給轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)，磁通控制環(huán)節(jié)和轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)一起控制dq軸電流控制環(huán)節(jié)，由dq軸電流控制環(huán)節(jié)產(chǎn)生d軸和q軸電壓數(shù)值，并經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，由脈寬調(diào)變產(chǎn)生器產(chǎn)生控制信號控制電力電子開關(guān)模組，進(jìn)而控制電機運轉(zhuǎn)，由電機將運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)速估計或轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)反饋給轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)，并進(jìn)行修正。
專利摘要前饋加注入阻尼控制的電機驅(qū)動裝置，包括目標(biāo)轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)，目標(biāo)轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)給轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)速控制數(shù)值，并通過磁通幅值給定環(huán)節(jié)給磁通控制環(huán)節(jié)幅值，由轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)將轉(zhuǎn)矩輸送給轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)和磁通控制環(huán)節(jié)一起控制dq軸電流控制環(huán)節(jié)，由dq軸電流控制環(huán)節(jié)產(chǎn)生d軸和q軸電壓數(shù)值，并經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，由脈寬調(diào)變產(chǎn)生器產(chǎn)生控制信號控制電力電子開關(guān)模組，進(jìn)而控制電機運轉(zhuǎn)，由電機將運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)速估計或轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)反饋給轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)，并進(jìn)行修正。本裝置具有以下優(yōu)點算法程序簡單，易于調(diào)試實現(xiàn)；對輸入命令(轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩)跟蹤快速；動態(tài)響應(yīng)速度高；系統(tǒng)不易受電機參數(shù)影響，穩(wěn)定性高。
文檔編號H02P23/14GK201699648SQ20102023499
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者季筱隆, 王百淞, 陳昆鴻 申請人:蘇州士林電機有限公司