本發(fā)明涉及電機(jī)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于磁鏈補(bǔ)償?shù)漠惒诫姍C(jī)控制方法。

背景技術(shù)：

節(jié)能環(huán)保、持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)今世界兩大主題。為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的能源消耗，各國(guó)都在調(diào)整能源政策。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)電網(wǎng)總負(fù)荷的60％為感應(yīng)電機(jī)，而大部分電機(jī)運(yùn)行在額定負(fù)載以下，大量的電能被浪費(fèi)。此外，大功率的異步電機(jī)在各種工程機(jī)械得到了廣泛的應(yīng)用，使用發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的組合替代汽柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，去掉復(fù)雜的齒輪變速箱，并提升系統(tǒng)低速硬特性，“油改電”正是一個(gè)大的趨勢(shì)。為此，各國(guó)都大力推廣和應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)。

對(duì)異步電機(jī)進(jìn)行分析時(shí)，可用Clarke變換，將異步電機(jī)定轉(zhuǎn)子電流、電壓、磁鏈等信號(hào)變換成靜止坐標(biāo)系下的分量。利用“功率等效”原則，得到靜止坐標(biāo)系下的異步電機(jī)模型。

異步電機(jī)標(biāo)量控制方式。異步電機(jī)標(biāo)量控制方式以“恒壓頻比”即V/F控制方式為代表。它利用電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的定子電壓幅值和頻率之比近似為定值，因此，根據(jù)電機(jī)輸出頻率線(xiàn)性的調(diào)節(jié)輸出電壓即可對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。其常見(jiàn)的控制方式為：給定的電機(jī)輸出頻率經(jīng)過(guò)V/F曲線(xiàn)得到電機(jī)輸出電壓和頻率給定值，逆變器通過(guò)調(diào)制單元控制IGBT開(kāi)關(guān)器件將輸出電壓和頻率給定值輸出至電機(jī)。電機(jī)根據(jù)逆變器輸出電壓和頻率進(jìn)行運(yùn)行。

異步電機(jī)矢量控制方式。異步電機(jī)利用兩相電機(jī)模型，將靜止兩相坐標(biāo)系下的電機(jī)變量通過(guò)PARK變換，變換到轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。從而得到與直流電機(jī)類(lèi)似的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式，而定子電流在此旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的兩個(gè)分量電流也表現(xiàn)出相互獨(dú)立的特性，從而獲得媲美直流調(diào)速系統(tǒng)的快速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。而在工程應(yīng)用上，一般也使用基于轉(zhuǎn)差控制的“間接矢量控制”方式。其控制方式為：給定電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分量，勵(lì)磁電流給定值和勵(lì)磁電流反饋值通過(guò)電流調(diào)節(jié)器得到勵(lì)磁電壓給定值分量；轉(zhuǎn)矩電流給定值和轉(zhuǎn)矩電流反饋值由另一個(gè)電流調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)矩電壓給定值分量。勵(lì)磁電壓給定值與轉(zhuǎn)矩電壓給定值可確定逆變器的輸出電壓幅值。勵(lì)磁電流與轉(zhuǎn)矩電流反饋值通過(guò)磁鏈轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器計(jì)算得到。磁鏈觀測(cè)器利用輸入的電機(jī)電流和電機(jī)電壓，通過(guò)靜止坐標(biāo)系下的電機(jī)模型，計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈的相位角以及轉(zhuǎn)差頻率給定值。此轉(zhuǎn)差頻率給定值與實(shí)際電機(jī)頻率之和為逆變器的輸出頻率給定值。逆變器通過(guò)調(diào)制單元控制IGBT開(kāi)關(guān)器件將輸出電壓幅值和頻率給定值輸出至電機(jī)。電機(jī)根據(jù)逆變器輸出電壓和頻率進(jìn)行運(yùn)行。

目前針對(duì)異步電機(jī)的主要控制方法有以“V/F”為代表的標(biāo)量控制和轉(zhuǎn)差矢量控制方式。V/F控制由于其控制簡(jiǎn)單可靠，對(duì)電機(jī)參數(shù)不敏感，在低成本、對(duì)轉(zhuǎn)矩特性要求不高的調(diào)速場(chǎng)合得到了大量的應(yīng)用。但其低速性能較差，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)較慢。矢量控制控制性能好，但其嚴(yán)重依賴(lài)于電機(jī)參數(shù)，在電機(jī)溫度變化較大的應(yīng)用情形下，電機(jī)參數(shù)會(huì)發(fā)生較大偏移，造成轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康南辔唤桥c轉(zhuǎn)差頻率很難計(jì)算準(zhǔn)確，從而引起控制性能下降。可見(jiàn)，這兩種常見(jiàn)控制方式在工程應(yīng)用上均互有優(yōu)劣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的為結(jié)合以上兩種控制方式的優(yōu)點(diǎn)，提供一種簡(jiǎn)單可靠、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)好，對(duì)參數(shù)依賴(lài)性低的基于磁鏈補(bǔ)償?shù)漠惒诫姍C(jī)控制方法。

為了達(dá)到此目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于磁鏈補(bǔ)償?shù)漠惒诫姍C(jī)控制方法，其步驟為：

步驟1、將直流電壓、電機(jī)電流、電機(jī)電壓、電機(jī)角頻率經(jīng)矢量變換輸入至磁鏈轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器，磁鏈轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器根據(jù)異步電機(jī)靜止坐標(biāo)系模型和以上輸入?yún)?shù)計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)矩、氣隙磁鏈幅值；

步驟2、將計(jì)算得到的實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)矩和氣隙磁鏈幅值送至轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器和磁鏈調(diào)節(jié)器，經(jīng)限幅后，分別得到轉(zhuǎn)差頻率給定值與電壓補(bǔ)償值；

步驟3、電機(jī)角頻率與轉(zhuǎn)差頻率給定值之和即為逆變器輸出頻率給定值，根據(jù)逆變器輸出頻率給定值得到V/F曲線(xiàn)上的逆變器的基礎(chǔ)輸出電壓給定值；

步驟4、逆變器的基礎(chǔ)輸出電壓給定值與磁鏈幅值調(diào)節(jié)器得到的電壓補(bǔ)償值之和即為逆變器的輸出電壓給定值；

步驟5、將逆變器的輸出電壓給定值和逆變器輸出頻率給定值輸入至調(diào)制單元，逆變器通過(guò)調(diào)制單元控制IGBT的開(kāi)關(guān)狀態(tài)將輸出電壓給定值和頻率給定值輸出至電機(jī)。

優(yōu)選的，所述步驟1的電機(jī)電壓是根據(jù)直流電壓與逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行重構(gòu)得到的。

優(yōu)選的，所述步驟5的調(diào)制單元為空間矢量調(diào)制單元SVPWM。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果是，利用磁鏈幅值調(diào)節(jié)器結(jié)合V/F控制曲線(xiàn)可大幅改善電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度；磁鏈幅值調(diào)節(jié)器使用磁鏈幅值，而非矢量控制方式的解耦后的磁鏈值，大大降低了對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴(lài)性，控制性能較高；利用轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器結(jié)合電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)差控制，使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小。

附圖說(shuō)明

圖1為異步電機(jī)每相近似等效電路；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例控制原理框圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。

參照附圖，一種基于磁鏈補(bǔ)償?shù)漠惒诫姍C(jī)控制方法，其步驟為：

步驟1、將直流電壓、電機(jī)電流、電機(jī)電壓、電機(jī)角頻率經(jīng)矢量變換6輸入至磁鏈轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器3，磁鏈轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器3根據(jù)異步電機(jī)8靜止坐標(biāo)系模型和以上輸入?yún)?shù)計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)矩、氣隙磁鏈幅值，所述電機(jī)電壓是根據(jù)直流電壓與逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行重構(gòu)得到的；

步驟2、將計(jì)算得到的實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)矩和氣隙磁鏈幅值送至轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器1和磁鏈調(diào)節(jié)器2，經(jīng)限幅4后，分別得到轉(zhuǎn)差頻率給定值與電壓補(bǔ)償值；

步驟3、電機(jī)角頻率與轉(zhuǎn)差頻率給定值之和即為逆變器輸出頻率給定值，根據(jù)逆變器輸出頻率給定值得到V/F曲線(xiàn)5上的逆變器的基礎(chǔ)輸出電壓給定值；

步驟4、逆變器的基礎(chǔ)輸出電壓給定值與磁鏈幅值調(diào)節(jié)器得到的電壓補(bǔ)償值之和即為逆變器的輸出電壓給定值；

步驟5、將逆變器的輸出電壓給定值和逆變器輸出頻率給定值輸入至調(diào)制單元，逆變器通過(guò)調(diào)制單元控制IGBT的開(kāi)關(guān)狀態(tài)將輸出電壓給定值和頻率給定值輸出至電機(jī)，所述調(diào)制單元為空間矢量調(diào)制SVPWM7。

本發(fā)明附圖1為異步電機(jī)8每相近似等效電路，其中Rs、L1s、Lm、L1r、Rr、s分別為定子電阻、定子漏感、互感、轉(zhuǎn)子漏感、轉(zhuǎn)子電阻和轉(zhuǎn)差率。電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式為：其中Te為電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩、P為極對(duì)數(shù)、Ir為轉(zhuǎn)子電流，Rr為轉(zhuǎn)子電阻、s為轉(zhuǎn)差率，w_e為電機(jī)角頻率。由等效電路可得電機(jī)轉(zhuǎn)子電流為其中，Vs為定子電壓，代入電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式，可得考慮到Ψ_m＝V_s/w_e，R_r²>>w_sl²L_1r²，s²≈0，其中Ψ_m為氣隙磁鏈，w_sl為轉(zhuǎn)差頻率，上式可化簡(jiǎn)為：該公式為本發(fā)明的理論依據(jù)。上式表明，在磁鏈Ψ_m幅值恒定時(shí)，轉(zhuǎn)矩T_e與轉(zhuǎn)差頻率w_sl成正比。因此，可通過(guò)補(bǔ)償V/F曲線(xiàn)5來(lái)穩(wěn)定Ψ_m，通過(guò)轉(zhuǎn)差控制來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)矩。

本發(fā)明通過(guò)磁鏈幅值和轉(zhuǎn)矩的雙閉環(huán)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。磁鏈幅值控制中結(jié)合了V/F曲線(xiàn)5，因?yàn)橐３蛛姍C(jī)磁鏈恒定，逆變器輸出電壓必然在輸出頻率對(duì)應(yīng)的V/F曲線(xiàn)5附近，因此，結(jié)合磁鏈幅值調(diào)節(jié)器補(bǔ)償V/F曲線(xiàn)5，不但可以使電機(jī)的磁鏈大致保持穩(wěn)定，更重要的是大大減少了穩(wěn)定磁鏈調(diào)節(jié)所需要的時(shí)間，進(jìn)而改善了轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度。而轉(zhuǎn)矩閉環(huán)后得到轉(zhuǎn)差頻率的給定值，通過(guò)加上電機(jī)實(shí)際速度，即可得到逆變器輸出頻率。

本發(fā)明除了利用磁鏈幅值調(diào)節(jié)器結(jié)合V/F曲線(xiàn)5大幅改善電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度以外，還通過(guò)磁鏈幅值調(diào)節(jié)器使用磁鏈幅值，而非矢量控制方式的解耦后的磁鏈值，大大降低了對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴(lài)性，控制性能較高；利用轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器1結(jié)合電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)差控制，使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小。

以上只是本發(fā)明的一種實(shí)施方式，一個(gè)優(yōu)選示范例。本發(fā)明申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)的范圍并不只限于所述實(shí)施方式。凡與本實(shí)施例等效的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。