一種基于轉(zhuǎn)矩觀測(cè)的異步電機(jī)矢量控制磁場(chǎng)定向矯正方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種基于轉(zhuǎn)矩觀測(cè)的異步電機(jī)矢量控制磁場(chǎng)定向矯正方法，屬于異步電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域。包括勵(lì)磁電流環(huán)、轉(zhuǎn)矩電流環(huán)、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向環(huán)節(jié)、定子磁鏈辨識(shí)環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)矩觀測(cè)環(huán)節(jié)、空間矢量調(diào)制環(huán)節(jié)、三相全橋逆變器、異步電機(jī)。利用dq和αβ坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)矩觀測(cè)差值實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)定向矯正。本發(fā)明直接觀測(cè)定子磁鏈，而無(wú)需觀測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈；因此轉(zhuǎn)子側(cè)的參數(shù)變化對(duì)磁場(chǎng)定向矯正系統(tǒng)無(wú)影響，參數(shù)魯棒性好。定向矯正模型原理明確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本發(fā)明在異步電機(jī)矢量控制調(diào)速場(chǎng)合將有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】一種基于轉(zhuǎn)矩觀測(cè)的異步電機(jī)矢量控制磁場(chǎng)定向矯正方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的基于轉(zhuǎn)矩觀測(cè)的異步電機(jī)矢量控制磁場(chǎng)定向矯正方法，屬于交流電機(jī)類 的異步電機(jī)調(diào)速方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前異步電機(jī)矢量控制以其良好的控制性能及動(dòng)態(tài)響應(yīng)，廣泛地應(yīng)用于電動(dòng)汽車 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、及交流傳動(dòng)領(lǐng)域當(dāng)中。20世紀(jì)70年代，德國(guó)西門子公司F.Blaschke等提出的 "感應(yīng)電機(jī)磁場(chǎng)定向的控制原理"和美國(guó)P. C. Custman與A. A. Clark申請(qǐng)的專利"感應(yīng)電機(jī) 定子電壓的變換控制"，奠定了矢量控制的基礎(chǔ)。其基本出發(fā)點(diǎn)是，以旋轉(zhuǎn)的空間轉(zhuǎn)子磁通 矢量為參考方向，利用靜止坐標(biāo)到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)之間的變換，將旋轉(zhuǎn)的定子電流矢量分解成勵(lì) 磁直流分量和轉(zhuǎn)矩直流分量，分別進(jìn)行磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩控制，從而將異步電機(jī)多變量、強(qiáng)耦合、 非線性的時(shí)變參數(shù)系統(tǒng)等效成直流電機(jī)那樣調(diào)速。然而觀測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈需要知道轉(zhuǎn)子電感和 轉(zhuǎn)子電阻，參數(shù)的時(shí)變對(duì)矢量控制的性能影響較大。
[0003] 針對(duì)如何降低矢量控制對(duì)參數(shù)的敏感性，目前的主要方法主要分為兩類：一類是 直接辨識(shí)電機(jī)參數(shù)，包括離線測(cè)量技術(shù)、狀態(tài)觀測(cè)器、模型參考自適應(yīng)、滑模觀測(cè)器等，但是 這類方法不僅計(jì)算量較為復(fù)雜而且辨識(shí)精度低，辨識(shí)參數(shù)的精度易受其他未辨識(shí)的參數(shù)誤 差影響。另一類方法是略過(guò)參數(shù)辨識(shí)環(huán)節(jié)而直接保證磁場(chǎng)定向的準(zhǔn)確，建立磁場(chǎng)定向矯正 系統(tǒng)。利用模型參考自適應(yīng)的原理，通過(guò)兩個(gè)模型對(duì)同一個(gè)量的輸出偏差對(duì)參考系統(tǒng)進(jìn)行 調(diào)節(jié)，其具有簡(jiǎn)單原理，計(jì)算量較少，辨識(shí)精度較高等特點(diǎn)，較多的被用于控制系統(tǒng)中。主要 方法有：通過(guò)電壓模型觀測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈，進(jìn)而利用轉(zhuǎn)子磁鏈q軸分量為零對(duì)轉(zhuǎn)差頻率進(jìn)行校 正確保磁場(chǎng)定向準(zhǔn)確；或者是通過(guò)構(gòu)造基于無(wú)功功率的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矯正系統(tǒng)，通過(guò)保證 無(wú)功功率與給定值相等進(jìn)而保證轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁水平恒定確保磁場(chǎng)定準(zhǔn)確。顯然以上兩種方法 直接觀測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈，觀測(cè)的精度易受轉(zhuǎn)子側(cè)參數(shù)的影響。定向的精度不僅受到互感的影響， 而且引入了漏感系數(shù)，電機(jī)漏感的測(cè)定通常較為困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提出一種對(duì)電機(jī)本身參數(shù)依賴性小，控制簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)、辨識(shí)精 度高的異步電機(jī)矢量控制磁場(chǎng)定向矯正方法。
[0005] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案： 一種基于轉(zhuǎn)矩觀測(cè)的異步電機(jī)矢量控制磁場(chǎng)定向矯正方法，其特征在于，包括勵(lì)磁 電流環(huán)、轉(zhuǎn)矩電流環(huán)、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向環(huán)節(jié)、定子磁鏈辨識(shí)環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)矩觀測(cè)環(huán)節(jié)、空間矢量調(diào) 制環(huán)節(jié)、三相全橋逆變器、異步電機(jī)。勵(lì)磁電流環(huán)將給定勵(lì)磁電流

【權(quán)利要求】
1. 一種基于轉(zhuǎn)矩觀測(cè)的異步電機(jī)矢量控制磁場(chǎng)定向矯正方法，其特征在于，包括 勵(lì)磁電流環(huán)、轉(zhuǎn)矩電流環(huán)、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向環(huán)節(jié)、定子磁鏈辨識(shí)環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)矩觀測(cè)環(huán)節(jié)、空間 矢量調(diào)制環(huán)節(jié)、三相全橋逆變器、異步電機(jī)；勵(lì)磁電流環(huán)將給定勵(lì)磁電流is/與實(shí)際勵(lì) 磁電流的差值進(jìn)行比例和積分環(huán)節(jié)，調(diào)節(jié)出勵(lì)磁電壓"W，進(jìn)而維持異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子 磁鏈恒定；轉(zhuǎn)矩環(huán)將異步電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速角頻率《/，與異步電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速角頻率 的差值經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)出給定轉(zhuǎn)矩電流，再與實(shí)際轉(zhuǎn)矩電流'的差值經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié) 得到轉(zhuǎn)矩電壓進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制；通過(guò)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流、勵(lì)磁電流is/， 得到給定轉(zhuǎn)差角頻率《/，其中異步電機(jī)給定轉(zhuǎn)差角頻率《/= 4；V~is/， 兄為轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)、4為轉(zhuǎn)子電感，兄轉(zhuǎn)子電阻；給定轉(zhuǎn)差角頻率與補(bǔ)償轉(zhuǎn)差角 頻率J ?/之和加轉(zhuǎn)子電角頻率凡《。再經(jīng)過(guò)積分即可得到觀測(cè)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向角 轉(zhuǎn)矩觀測(cè)環(huán)節(jié)分別在而坐標(biāo)系和〃，坐標(biāo)系下觀測(cè)出轉(zhuǎn)矩估值和測(cè)轉(zhuǎn)矩 與觀測(cè)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向角##有關(guān)，而與觀測(cè)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向角%無(wú)關(guān)；如果當(dāng)前觀 測(cè)的磁場(chǎng)定向角度存在偏差，則在兩個(gè)坐標(biāo)系下觀測(cè)的轉(zhuǎn)矩值^^和^^必然存在偏差； 其中補(bǔ)償轉(zhuǎn)差角頻率由#坐標(biāo)系估測(cè)轉(zhuǎn)矩##|^和而坐標(biāo)系估測(cè)轉(zhuǎn)矩^~的差值經(jīng) 過(guò)pi調(diào)節(jié)器得到；^ 的具體求解過(guò)程如下： (1) 利用電流傳感器檢測(cè)得到異步電機(jī)定子三相相電流iS3、isA、i:，經(jīng)過(guò)磁勢(shì)不變的 3/2變換，得剎亦靜I卜坐標(biāo)系中的宙子電流/一、7、：
再將⑴式經(jīng)過(guò)G#/?變換得到而旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下異步電機(jī)當(dāng)前的勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn) 矩分量iSl7 :
其中角%即為當(dāng)前觀測(cè)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定位角；再由勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)一步求 得異步電機(jī)在當(dāng)前觀測(cè)@旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)矩:
(2) 利用電壓傳感器獲得三相全橋逆變器的直流母線電壓化e，士e與三相全橋逆變器的 占空比(HA)組合計(jì)算得出異步電機(jī)在靜止abc坐標(biāo)系下的三相相電壓wS3、?、心；
將異步電機(jī)在靜止abc坐標(biāo)系下的三相相電壓《S3、進(jìn)行磁勢(shì)不變的3/2變換， 得到異步電機(jī)在靜止〃，坐標(biāo)系下的定子電壓";_i_i
利用式（5)、式（1)計(jì)算得出的異步電機(jī)在靜止坐標(biāo)系下的定子電壓、化#和 定子電流求得在靜止〃，坐標(biāo)系下的定子磁鏈:_
結(jié)合式⑴式（6)可進(jìn)一步求得異步電機(jī)在而旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)矩
可以看出由式（7)估測(cè)的轉(zhuǎn)矩與定向角度##無(wú)關(guān)，而式（3)得到的轉(zhuǎn)矩與定向角度有 關(guān)；這樣根據(jù)定向準(zhǔn)確時(shí)，兩個(gè)坐標(biāo)系下觀測(cè)的轉(zhuǎn)矩相等，即可利用PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)出補(bǔ)償 轉(zhuǎn)差頻率
【文檔編號(hào)】H02P21/08GK104283477SQ201410507248
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】燕俊峰, 廖啟新, 王曉琳 申請(qǐng)人:廖啟新