基于離散電流矢量的相幅協(xié)調(diào)的電機運行控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的技術(shù)方案涉及一種電機控制技術(shù)，具體地說是基于離散電流矢量的相幅 協(xié)調(diào)的電機運行控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 交流步進傳動控制是一種化電機連續(xù)運行為步進運行的控制策略，以獲得電機的 步進直驅(qū)調(diào)速、微步定位等運行方式，其已在異步電機、同步電機以及開關(guān)磁阻電機上得到 應(yīng)用。交流步進的技術(shù)是，將電機連續(xù)電流按離散步數(shù)1^等步距離散成階梯波電流，以三 相電機為例如式（1):
[0003]
【主權(quán)項】
1. 一種基于離散電流矢量的相幅協(xié)調(diào)的電機運行控制方法，其特征在于該控制方法是 根據(jù)電機運行過程中的進行相幅協(xié)調(diào)控制的三種控制不同要求：第一種，以輸出轉(zhuǎn)矩最大 為目標(biāo)、第二種，以轉(zhuǎn)矩脈動最小為目標(biāo)和第三種，以位置偏差最小為目標(biāo)，分別對電流矢 量的相角和幅值進行協(xié)調(diào)控制，具體方法如下： I.本發(fā)明控制方法所用裝置及操作： 本發(fā)明控制方法所用裝置，包括相幅協(xié)調(diào)控制模塊、電流控制模塊、功率電路、電機、位 置檢測模塊和電流檢測模塊；相幅協(xié)調(diào)控制模塊一端與電流控制模塊相連，另一端與位置 檢測模塊相連；電流控制模塊與功率電路的信號控制端相連，功率電路的輸出端通過導(dǎo)線 與電機相連，且導(dǎo)線穿過電流檢測模塊，電流檢測模塊又與電流控制模塊連接，位置檢測模 塊與電機進行同軸安裝； II .本發(fā)明控制方法針對電機運行過程中進行相幅協(xié)調(diào)控制的三種不同控制目標(biāo)分 別對電流矢量的相角和幅值進行相幅協(xié)調(diào)控制的具體步驟如下： 第一種，以輸出轉(zhuǎn)矩最大為目標(biāo)的相幅協(xié)調(diào)控制方法： 當(dāng)電機快速升或減速時，需要輸出最大轉(zhuǎn)矩，根據(jù)上述公式（2)
其中ε為矩角，即電流矢量is與轉(zhuǎn)子磁鏈間的夾角，獲得最大轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足給定離 散電流矢量幅值為最大值IisI = Im，矩角ε在Ji/2±0. 5 0b內(nèi)變化，其中Θ b=2Ji/bHS 步距角； 相幅協(xié)調(diào)控制步驟包括： 第一步，檢測轉(zhuǎn)子的機械角位置： 相幅協(xié)調(diào)控制模塊通過位置檢測模塊檢測到轉(zhuǎn)子的機械角位置Θ m;選取極對數(shù)為p 的電機，則A相繞組的軸線的個數(shù)為p，該機械角位置Θ m以其中一個A相繞組的軸線位置 為〇起始； 第二步，計算給定離散電流矢量的位置： 由相幅協(xié)調(diào)控制模塊將第一步中檢測到的機械角位置0"1帶入公式（2)，根據(jù)公式（3) 計算所給定離散電流矢量is(k)的序號：
式中，round表示四舍五入運算；％表示取余運算；符號" 土"指當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩出力方向 與正方向相同時，取" + "，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩出力方向與正方向相反時，取所述正方向為面向 電機輸出軸的逆時針方向， 根據(jù)給定離散電流矢量is(k)的序號可以確定給定離散電流矢量的位置，即給定離散 電流矢量的相角k Θ b; 第三步，輸出給定離散電流矢量： 將給定離散電流矢量is(k)的幅值IisI = Im和第二步得到的給定離散電流矢量的相 角k Θ b給到電流控制模塊，采用電流滯環(huán)控制或者電流PID控制中的任意一種電流控制方 法控制電機電流跟隨給定電流，從而實現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)矩最大的控制； 第二種，以轉(zhuǎn)矩脈動最小為目標(biāo)的相幅協(xié)調(diào)控制方法： 當(dāng)電機勻速運行時，要求電機輸出的電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)與負載轉(zhuǎn)矩滿足電機轉(zhuǎn)矩平衡方程， 即滿足公式（4)，
(4) 式中，TY為負載轉(zhuǎn)矩，J為轉(zhuǎn)動慣量，ω為電機的電角速度； 此時，令給定的電磁轉(zhuǎn)矩I?應(yīng)等于負載轉(zhuǎn)矩1\，給定離散電流矢量幅值|is|根據(jù)公式 ⑵按給定的電磁轉(zhuǎn)矩IVH十算得到，當(dāng)矩角ε在31/2±0. 5 Θ ,內(nèi)變化時，使得轉(zhuǎn)矩脈動最 小，其中Qb= 2 π/bH為步距角； 相幅協(xié)調(diào)控制步驟為： 第一步，檢測轉(zhuǎn)子的機械角位置： 相幅協(xié)調(diào)控制模塊通過位置檢測模塊檢測到轉(zhuǎn)子的機械角位置Θ m，選取極對數(shù)為p的 電機，則A相繞組的軸線的個數(shù)為p，該機械角位置Θ m以其中一個A相繞組的軸線位置為 〇起始； 第二步，計算給定離散電流矢量的位置： 由相幅協(xié)調(diào)控制模塊1將第一步中檢測到的機械角位置帶入公式（3)
式中，round表示四舍五入運算，％表示取余運算；符號" 土"指當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩出力方向 與正方向同時，取" + "，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩出力方向與正方向相反時，取所述正方向為面向電 機輸出軸的逆時針方向， 根據(jù)公式（3)計算所給定離散電流矢量is(k)的序號，再根據(jù)給定離散電流矢量is(k) 的序號可以確定給定離散電流矢量的位置，即給定離散電流矢量的相角k Θ b; 第三步，計算給定離散電流矢量幅值： 根據(jù)給定電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩的平衡關(guān)系??=?\可得到ΤΛ再將sine = 1及T/帶 入公式（2)，可以得到公式（5):
控制中，?Υ可通過負載轉(zhuǎn)矩估計器得到1\的估計值，從而根據(jù)公式（5)得到給定離散 電流矢量的幅值； 第四步，輸出給定離散電流矢量： 將根據(jù)第三步計算得到的給定離散電流矢量的幅值和根據(jù)第二步計算得到的給定離 散電流矢量的相角k Θ b給到電流檢測模塊，采用電流滯環(huán)控制或者電流PID控制中的任意 一種電流控制方法控制電機電流的跟隨給定電流，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動最小的控制； 第三種，以位置偏差最小為目標(biāo)的相幅協(xié)調(diào)控制方法： 當(dāng)運行中的電機受制動轉(zhuǎn)矩減速至定位點附近，且速度較低時，提供一個可使轉(zhuǎn)子恰 好停在位置偏差最小的定位點處的給定電磁轉(zhuǎn)矩ΤΛ此時給定電磁轉(zhuǎn)矩T/為已知值，給定 離散電流矢量的相角和幅值應(yīng)同時根據(jù)此已知的給定電磁轉(zhuǎn)矩I?進行調(diào)整； 相幅協(xié)調(diào)控制步驟為： 第一步，檢測轉(zhuǎn)子的機械角位置： 通過位置檢測模塊檢測到轉(zhuǎn)子的機械角位置Θ m，選取極對數(shù)為P的電機，則A相繞組 的軸線的個數(shù)為P，該機械角位置Θ m以其中一個A相繞組的軸線位置為O起始； 第二步，以額定電流計算給定離散電流矢量的相角： 為平衡負載轉(zhuǎn)矩，采用額定電流L估算電流矢量的相位，由相幅協(xié)調(diào)控制模塊1將第 一步中檢測到的機械角位置0"1帶入公式（6)，
式中，round表示四舍五入運算，％表示取余運算，符號" 土"指當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩出力方向 與正方向相同時，取" + "，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩出力方向與正方向相反時，取所述正方向為面向 電機輸出軸的逆時針方向，其中Gb= 2π/bH為步距角； 根據(jù)公式（6)得到給定離散電流矢量、(1〇的序號，再根據(jù)給定離散電流矢量is(k)的 序號可以確定給定離散電流矢量的位置，即給定離散電流矢量的相角k Θ b; 第三步，計算給定離散電流矢量的幅值： 將已知給定電磁轉(zhuǎn)矩I?及矩角ε =k0 入公式（2)，可以得到公式（7):
從而根據(jù)公式（7)得到給定離散電流矢量的幅值； 第四步，輸出給定離散電流矢量： 將根據(jù)第三步計算得到的給定離散電流矢量的幅值和根據(jù)第二步計算得到的給定離 散電流矢量的相角k Θ b給到電流檢測模塊，采用電流滯環(huán)控制或者電流PID控制中的任意 一種電流控制方法控制電機電流跟隨給定電流，從而實現(xiàn)位置偏差最小的控制。
【專利摘要】本發(fā)明基于離散電流矢量的相幅協(xié)調(diào)的電機運行控制方法，其特征在于該控制方法是根據(jù)電機運行過程中的進行相幅協(xié)調(diào)控制的三種控制不同要求：第一種，以輸出轉(zhuǎn)矩最大為目標(biāo)、第二種，以轉(zhuǎn)矩脈動最小為目標(biāo)和第三種，以位置偏差最小為目標(biāo)，分別對電流矢量的相角和幅值進行協(xié)調(diào)控制，該控制方法所用裝置，包括相幅協(xié)調(diào)控制模塊、電流控制模塊、功率電路、電機、位置檢測模塊和電流檢測模塊；相幅協(xié)調(diào)控制模塊一端與電流控制模塊相連，另一端與位置檢測模塊相連；電流控制模塊與功率電路的信號控制端相連，功率電路的輸出端通過導(dǎo)線與電機相連，且導(dǎo)線穿過電流檢測模塊，電流檢測模塊又與電流控制模塊連接，位置檢測模塊與電機進行同軸安裝。
【IPC分類】H02P21-00
【公開號】CN104868811
【申請?zhí)枴緾N201510352732
【發(fā)明人】董硯, 孫鶴旭, 荊鍇, 李國慶, 郭賢朝, 梁濤, 雷兆明
【申請人】河北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年6月23日