一種交流電機矢量控制系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于變頻器領域，特別設及一種交流電機磁鏈自定向無PG(旋轉(zhuǎn)編碼器)矢 量控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 變頻器是將固定頻率的交流電變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電的裝置，在工業(yè)的各 個行業(yè)廣泛應用。其控制對象為交流電機，即交流異步電動機和交流同步電動機。常見的 控制方式有：VF控制、無PG矢量控制、帶PG矢量控制。其中無PG矢量控制較VF控制其低 頻特性和動態(tài)性能要更加優(yōu)異，但較帶PG的矢量控制又省去了編碼器，在保證運行性能的 基礎上，降低了成本，減少了故障點。
[0003]目前通用的無PG矢量控制的控制策略是通過檢測電機電流，通過磁鏈觀測和速 度估算得到反電勢（EMF)和轉(zhuǎn)子的速度，從而實現(xiàn)像帶PG矢量控制一樣，有了速度閉環(huán)的 矢量控制。該控制方案雖然達不到帶PG矢量控制的控制精度和動態(tài)性能，但相對于沒有速 度閉環(huán)的電流矢量控制（VF控制)已經(jīng)大大提高了電機的控制性能，特別是低速帶載能力大 大提高，電機的力矩特性也較VF控制硬得多。
[0004] 上述控制策略在大多數(shù)異步電機的應用場合體現(xiàn)出很好的控制性能，該策略中只 檢測電機的電流，電機的反電勢是根據(jù)電機參數(shù)估算的，電機參數(shù)的準確性對整個控制的 系統(tǒng)的性能和魯棒性的影響是很大的，而往往電機的參數(shù)會隨著電機的老化和溫升的提高 發(fā)生較大的變化，那么該策略的控制性能就會大打折扣，當電機參數(shù)偏離較多時就會出現(xiàn) 啟動時反轉(zhuǎn)，甚至是飛車的現(xiàn)象，運在很多場合是不允許的，也是災難性的，導致客戶在使 用時都盡量避免工作在無PG矢量控制方式下，而更愿意選擇控制特性更為穩(wěn)定的VF控制。 當然也有一個研究方案是實現(xiàn)電機參數(shù)的實時在線辨識巧日常用的卡爾曼濾波器在線辨識 參數(shù)等)，但在線參數(shù)辨識需要的數(shù)字信號處理器的資源較多，而電機控制性能對實時性要 求很高，就需要處理器的性能很高，就增加了控制器的成本，往往也是不可取的。
[0005] 上述控制策略對同步機控制性能就很勉強，一方面對d軸和q軸阻抗不相同的同 步機的控制基本是失效的，另一方面該策略控制同步機運行時空載電流過大，即存在磁場 角度偏差，不但增加電機溫升，而且會使電機有稱磁的可能。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提出一種可靠性高且成本低的交流電機矢量控制系統(tǒng)。
[0008] -種交流電機矢量控制系統(tǒng)，其包括信號調(diào)整模塊和磁通角與磁通轉(zhuǎn)速估計模 塊，其中，信號調(diào)整模塊用于根據(jù)檢測到的電機電流和電壓估算出反電勢EMF，并計算反電 勢EMF在靜止坐標系的矢量緩；磁通角與磁通轉(zhuǎn)速估計模塊，利用反電勢EMF在靜止坐標系 的矢量餐通過park變換護瑞:換象得到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁通角度謬，引入 得到反電勢EMF在dq坐標系下的復頻域的表達式，召-j-ie、。，從而得出磁通轉(zhuǎn)速 馬。
[0009] 其中，所述信號調(diào)整模塊包括： 零偏校正單元，用于去除檢測到的電機電流和電壓中的直流偏置； 反電勢估算單元：通過公式
估算反電勢EMF;和 相角和幅值校正單元：去除反電勢EMF相角和幅值的誤差，得到反電勢EMF在靜止坐標 系的矢量髮。
[0010] 其中，所述磁通角與磁通轉(zhuǎn)速估計模塊包括 Park變換單元，用于將反電勢EMF在靜止坐標系的矢量慧變換到dq坐標系訊 逆磁通積分器，用于通過||的逆變換得到逆磁通估算值
[0011] 其中，所述的交流電機矢量控制系統(tǒng)進一步包括與所述磁通角與磁通轉(zhuǎn)速估計模 塊的旋轉(zhuǎn)速度估算器（shaftspeedestimator)。
[0012] 其中，所述的交流電機矢量控制系統(tǒng)進一步包括與所述磁通角與磁通轉(zhuǎn)速估計模 塊相連接的力矩估算器（shafttorqueestimator),其用于計算磁鏈和相應的力矩。
[0013] 其中，所述逆磁通積分器根據(jù)如下公式得到逆磁通估算值:
[0014] 其中，所述磁通角與磁通轉(zhuǎn)速估計模塊進一步包括direct模塊，其用W產(chǎn)生轉(zhuǎn)子 反電勢EMF的方向。
[0015] 其中，所述磁通角與磁通轉(zhuǎn)速估計模塊進一步包括異步電機轉(zhuǎn)子模型（IMRotor model),用于實現(xiàn)異步電機的弱磁控制。
[0016] 其中，所述磁通角與磁通轉(zhuǎn)速估計模塊進一步包括低通濾波器（LPF)，用于對估算 的磁鏈角度濾除高頻噪聲。
[0017] 與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明的交流電機矢量控制系統(tǒng)可W實現(xiàn)精確的無速度傳感 器矢量控制(無需機械傳感器)，適用于幾乎所有的交流電機，而且無需事先知道各種電機 參數(shù)；本發(fā)明的交流電機矢量控制系統(tǒng)通過測量電機的電流和電壓，來精確估算實際的轉(zhuǎn) 子磁通角，磁通幅值，電機的轉(zhuǎn)速和加速度；本發(fā)明的交流電機矢量控制系統(tǒng)適用于所有類 型的交流電機(交流同步機和異步機)，實現(xiàn)完整的磁場定向控制。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的第一實施方式的交流電機矢量控制系統(tǒng)的示意圖。
[0019] 圖2是圖I中交流電機矢量控制系統(tǒng)的矢量示意圖。
[0020] 圖3是本發(fā)明的第二實施方式的交流電機矢量控制系統(tǒng)的示意圖。
[0021] 圖4是圖3中交流電機矢量控制系統(tǒng)的矢量示意圖。
[0022] 圖5是本發(fā)明的第S實施方式的交流電機矢量控制系統(tǒng)的示意圖。
[0023] 圖6是本發(fā)明的第四實施方式的交流電機矢量控制系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0024] 本發(fā)明的交流電機矢量控制系統(tǒng)采用檢測電機電流和電壓來估算磁通位置和幅 值，首先通過采樣電機電流和電壓，通過檢測輸出電壓就可W得到準確的反電勢（EMF)，有 了準確的反電勢EMF，就可W根據(jù)電機方程得到準確的速度，通過速度計算磁鏈的角度，速 度到角度是積分得到的，就不會出現(xiàn)角度突變引起電機控制失步甚至飛車的現(xiàn)象。采用本 發(fā)明，可W在很寬的速度范圍內(nèi)，特別是在零速時仍能得到很準確的反電勢估算值，從而實 現(xiàn)很好的動態(tài)性能和魯棒特性。
[00巧]如圖1所示，本發(fā)明第一實施方式的交流電機矢量控制系統(tǒng)包括信號調(diào)整模 塊（si即alconditioning)和磁通角與磁通轉(zhuǎn)速估計模塊（（FluxAngleandFlux RotationalSpeedEstimator))，其中，信號調(diào)整模塊用于根據(jù)檢測到的電機電流和電壓 估算出反電勢EMF，并計算反電勢EMF在靜止坐標系的矢量靈；磁通角與磁通轉(zhuǎn)速估計模 塊，利用反電勢EMF在靜止坐標系的矢量I通過park變換錢殺.賴5議巧瀑得到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁 通角度§，引入捧SigE解S)護9得到在dq坐標系下的復頻域的表達式，IJP磯纖音義輸， 從而得出磁通轉(zhuǎn)速&S。
[0026] 所述信號調(diào)整模塊包括： 零偏校正單元，用于去除檢測到的電機電流和電壓中的直流偏置； 反電勢估算單元：通過公式
.估算反電勢EMF;和 相角和幅值校正單元：去除反電勢EMF相角和幅值的誤差，得到反電勢EMF在靜止坐標 系的矢量奪。
[0027] 下面就圖1所示的交流電機矢量控制系統(tǒng)的原理進行說明。
[0028] 在自定向無傳感器控制算法中，通過電壓/電流傳感器來估計磁通矢量的瞬時 角位置和大小通過電機的轉(zhuǎn)子反電勢矢量產(chǎn)生一個估算的交流電機的磁通矢量。信號 調(diào)整模塊根據(jù)端電壓VS，和定子電流估算出反電勢EMF。磁通角與磁通轉(zhuǎn)速