一種基于直接特征控制的鼠籠式感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于直接特征控制的鼠籠式感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)及方法,該方法包括:1)在靜止坐標(biāo)系下獲取鼠籠式感應(yīng)電機(jī)的定子α軸和β軸的電壓方程;2)將定子α軸和β軸的電流以及轉(zhuǎn)子α軸和β軸的磁鏈作為狀態(tài)變量,得到狀態(tài)方程;3)獲取當(dāng)前時(shí)刻的定子α軸和β軸的電流以及轉(zhuǎn)子α軸和β軸的磁鏈;4)獲得預(yù)測控制方程,預(yù)測出下一時(shí)刻的定子α軸和β軸的電流以及轉(zhuǎn)子α軸和β軸的磁鏈;5)獲得下一時(shí)刻定子α軸和β軸的電壓;6)將下一時(shí)刻定子α軸和β軸的電壓發(fā)送到SVPWM中,驅(qū)動(dòng)鼠籠式感應(yīng)電機(jī)工作。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有數(shù)字化、抑制諧波、響應(yīng)快、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種基于直接特征控制的鼠籠式感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種鼠籠式感應(yīng)電機(jī)控制方法,尤其是涉及一種基于直接特征控制的 鼠籠式感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前,在軌道交通、船舶運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域,大多數(shù)對(duì)鼠籠式感應(yīng)電機(jī)用的控制策略還是 基于矢量控制的控制方法,而矢量控制的核心就是三環(huán)結(jié)構(gòu),即轉(zhuǎn)速外環(huán),轉(zhuǎn)子磁鏈外環(huán)和 定子電流內(nèi)環(huán),這就免不了要使用PI調(diào)節(jié)器,然而PI調(diào)節(jié)器也存在自身的一些問題,如帶寬 不夠、容易飽和等等。而針對(duì)這些問題又提出了一些抑制的方法和手段,但是就整個(gè)控制方 法上來說無疑是使系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。所以為了解決上述提出的電機(jī)控制策略問題的方 法主要有兩類:一類是對(duì)電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);另一類是尋求新的控制策略來替代傳統(tǒng) 控制。第一類方法,通過改變電機(jī)的結(jié)構(gòu)來獲得所期望的磁路特性以及交直軸電感參數(shù)的 變化范圍,這種途徑需要使用更高級(jí)的工藝和技術(shù),成本會(huì)增加很多。第二類方法,基于特 征控制實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制,此種方法結(jié)構(gòu)簡單,同時(shí)利用了現(xiàn)代控制理論,就控制手段上已 經(jīng)提升很多,也不需要增加成本。而且包含了現(xiàn)代控制理論的思想,相比較于傳統(tǒng)的PI控 制,可以很好的消除一些高斯白噪聲等等,使整個(gè)系統(tǒng)的控制更為精確。
[0003] 電機(jī)控制都是基于數(shù)字控制技術(shù)的,而數(shù)字控制包括采樣、計(jì)算、產(chǎn)生占空比及其 更新等環(huán)節(jié),理想的控制模式是在當(dāng)前時(shí)刻采樣電機(jī)電流,計(jì)算ΠΜ占空比信號(hào),并且實(shí)時(shí) 更新占空比信號(hào)。然而,在實(shí)際系統(tǒng)中,可以實(shí)現(xiàn)的控制模式是在上一時(shí)刻進(jìn)行電機(jī)電流采 樣,算法占用一定的時(shí)間間隔,計(jì)算PWM占空比信號(hào),最后在后一時(shí)刻更新占空比信號(hào)。在采 樣周期的開始時(shí)刻進(jìn)行電流采樣的優(yōu)點(diǎn)是,有更多的時(shí)間來計(jì)算控制算法,且所得到的電 流值近似于電機(jī)的平均電流值。然而,逆變器還需要另一個(gè)采樣周期把占空比信號(hào)轉(zhuǎn)換為 電機(jī)側(cè)的電壓,這樣就使得數(shù)字控制中實(shí)際延時(shí)為兩個(gè)周期。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種數(shù)字化、抑制諧 波、響應(yīng)快、應(yīng)用廣泛的基于直接特征控制的鼠籠式感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)及方法。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006] -種基于直接特征控制的鼠籠式感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng),用以實(shí)現(xiàn)對(duì)鼠籠式感應(yīng)電機(jī) 的快速控制,該系統(tǒng)包括:
[0007] 電壓源型逆變器:與鼠籠式感應(yīng)電機(jī)連接,用以向鼠籠式感應(yīng)電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)電壓;
[0008] 坐標(biāo)變換模塊:用以將鼠籠式感應(yīng)電機(jī)的三相定子電流進(jìn)行三相/兩相坐標(biāo)變換;
[0009] 位置傳感器:用以獲取鼠籠式感應(yīng)電機(jī)的電角度,并通過電角度計(jì)算模塊將電角 度轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速;
[0010] SVPWM:用以生成電壓源型逆變器的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)并發(fā)送給電壓源型逆變器
[0011] ASR:與電角度計(jì)算模塊和給定值計(jì)算模塊連接,用于產(chǎn)生給定轉(zhuǎn)矩;
[0012] 給定值計(jì)算模塊:分別與ASR和電角度計(jì)算模塊連接,用以計(jì)算定子d軸和q軸的給 定電流;
[0013] 滑模變結(jié)構(gòu)觀測器:與坐標(biāo)變換模塊連接,用以生成當(dāng)前時(shí)刻定子電流分量、電壓 分量以及定子磁鏈;
[0014] 預(yù)測控制模塊:與滑模變結(jié)構(gòu)觀測器連接,用以產(chǎn)生下一時(shí)刻的預(yù)測定子電流分 量;
[0015] 特征控制模塊:分別與給定值計(jì)算模塊、預(yù)測控制模塊、位置傳感器和SVPffM連接, 用以產(chǎn)生下一時(shí)刻的預(yù)測定子電壓分量并發(fā)送給SVPWM;
[0016] 單位延時(shí)模塊:分別與給定值計(jì)算模塊、預(yù)測控制模塊和滑模變結(jié)構(gòu)觀測器連接, 用以產(chǎn)生延遲后的定子電壓分量;
[0017] 磁鏈給定計(jì)算模塊:與電角度計(jì)算模塊和給定值計(jì)算模塊連接,用于產(chǎn)生給定磁 鏈。
[0018] -種基于直接特征控制的鼠籠式感應(yīng)電機(jī)控制方法,包括以下步驟:
[0019] 1)在靜止坐標(biāo)系下獲取鼠籠式感應(yīng)電機(jī)的定子α軸和軸的電壓方程;
[0020] 2)根據(jù)定子α軸和β軸的電壓方程,將定子α軸和β軸的電流以及轉(zhuǎn)子α軸和β軸的磁 鏈作為狀態(tài)變量,得到狀態(tài)方程;
[0021] 3)構(gòu)建滑模變結(jié)構(gòu)觀測器,獲取當(dāng)前時(shí)刻的定子α軸和β軸的電流以及轉(zhuǎn)子α軸和β 軸的磁鏈;
[0022] 4)將狀態(tài)方程進(jìn)行離散化處理,獲得預(yù)測控制方程,并根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的定子α軸和 β軸的電流和電壓以及轉(zhuǎn)子α軸和β軸的磁鏈預(yù)測出下一時(shí)刻的定子α軸和β軸的電流以及轉(zhuǎn) 子α軸和β軸的磁鏈;
[0023] 5)根據(jù)預(yù)測出的下一時(shí)刻的定子α軸和β軸的電流以及給定的定子d軸和q軸的電 流采用特征控制方程獲得下一時(shí)刻定子α軸和β軸的電壓;
[0024] 6)將下一時(shí)刻定子α軸和β軸的電壓發(fā)送到SVPWM中,產(chǎn)生六路PWM信號(hào),作為逆變 器三個(gè)橋臂的IGBT的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào),產(chǎn)生三相交流電壓驅(qū)動(dòng)鼠籠式感應(yīng)電機(jī)工作。
[0025]所述的步驟2)中的狀態(tài)方程為:
[0026]
[0027]
[0028]
[0029] 其中,X7為,X為狀態(tài)變量,us為輸入變量,j為虛數(shù)單位,Α、Β為系數(shù)矩陣,isa、i s{!分 別為實(shí)測出來的定子α軸和β軸的電流,分別為實(shí)際轉(zhuǎn)子α軸和β軸的磁鏈幅值。
[0030] 所述的步驟3)中,滑模變結(jié)構(gòu)觀測器的方程為:
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]
[0035]
[0036] 其中,usa、us{!分別為定子α軸和β軸的電壓,i sa、is{!分別為實(shí)測出來的定子α軸和β軸 的電流,V sa、V a分別為觀測器估計(jì)的定子a軸和軸的電流,V ra、V r{!分別為觀測器估計(jì)的 轉(zhuǎn)子a軸和β軸的磁鏈幅值,M、N為滑模增益,ω為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,Rs為定子電阻,L s為定子電感,Lr 為轉(zhuǎn)子的電感,Lm為定子轉(zhuǎn)子之間的互感,Rr為轉(zhuǎn)子電阻,a、0、A、O、Rsr分別為電感分散系 數(shù)、轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)、定子等效漏電感、等效定子電阻、等效定子阻抗。
[0037] 所述的步驟4)中,預(yù)測控制方程為:
[0038]
[0039]
[0040]
[0041]
[0042] 其中,Λ為A的特征矩陣,A1JAA的特征值,I為單位陣,T為采樣時(shí)間,^為下一時(shí) 亥丨J,tn-T為當(dāng)前時(shí)刻,P=[pi P2],且P1、P2為特征向量,γ為,λ為,|、|〇、|1、|2均為中間變量。
[0043] 所述的步驟5)中,特征控制方程為:
[0044]
[0045] 其中,Po為U時(shí)刻的電角度,id〇和iqQ分別為U時(shí)刻的定子d軸和q軸電流值,
,即為tn時(shí)刻轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值,lt ra( tn)tn)為tn時(shí)刻轉(zhuǎn)子α軸和β 軸的磁鏈幅值,Id為tn-T時(shí)刻轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值,id。、iq。為給定的定子d軸和q軸的電流。
[0046] 所述的步驟5)中,給定的定子d軸和q軸的電流id。和iq。由給定轉(zhuǎn)矩Te3。和給定轉(zhuǎn)子 磁鏈Φι·。計(jì)算得到,計(jì)算式為:
[0047 ]當(dāng)給定轉(zhuǎn)矩T和給定轉(zhuǎn)子磁鏈Φιχ都小于最大的轉(zhuǎn)矩Temax和最大轉(zhuǎn)子磁鏈tax時(shí), 有:
[0048] 當(dāng)id。和iqC處于電壓極限圓內(nèi)部且處于電流極限圓內(nèi)部時(shí),則有:
[0049]
[0050] 當(dāng)^和^處于電壓極限圓內(nèi)部且處于電流極限圓上或外部時(shí),則有:
[0051]
[0052] 當(dāng)idc和iqc處于電壓極限圓上或外部且處于電流極限圓內(nèi)部時(shí),則有:
[0053]
[0054] 當(dāng)L。和in。處于電壓極眼圓h或外部且處于電流極限圓上或外部時(shí),則有:
[0055]
[0056] 其中,1^8、]^&、11、1^、;[1^11均為中間變量。
[0057]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0058] 1、本發(fā)明通過使用特征控制的方法使鼠籠式感應(yīng)電機(jī)的控制系統(tǒng)更加趨于數(shù)字 化,更便于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果的正確性。
[0059] 2、本發(fā)明補(bǔ)償了數(shù)字控制的延時(shí),抑制了轉(zhuǎn)矩諧波,同時(shí)增加觀測器環(huán)節(jié)和預(yù)測 控制環(huán)節(jié)讓整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更緊湊,更符合對(duì)電機(jī)的精確控制。
[0060] 3、本發(fā)明中的控制系統(tǒng)沒有使用傳統(tǒng)的三環(huán)(即角速度環(huán),轉(zhuǎn)子磁鏈環(huán)以及電流 環(huán))控制系統(tǒng),只是采用了前面兩環(huán)加上特征控制共同構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng),少了一組電流環(huán)的PI 調(diào)節(jié)器,不僅使得電流響應(yīng)速度變快,同時(shí)也避免了PI調(diào)節(jié)器固有的飽和以及參數(shù)調(diào)節(jié)困 難等問題。
[0061] 4、本發(fā)明不僅對(duì)每一步電機(jī)方程進(jìn)行細(xì)化,同時(shí)也考慮了很多技術(shù)上的約束和限 制,如死區(qū)時(shí)間的補(bǔ)償?shù)鹊?,所以可以顯著減少超調(diào)和滯后的問題。本發(fā)明的控制方法可以 推廣至所有的交流電機(jī)類型中,尤其以軌道交通、船舶運(yùn)輸?shù)认到y(tǒng)應(yīng)用更廣泛。
【附圖說明】
[0062]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)框圖。
[0063]其中,1、給定值計(jì)算模塊,2、特征控制模塊,3、預(yù)測控制模塊,4、滑模變結(jié)構(gòu)觀測 器,5、坐標(biāo)變換模塊,6、單位延時(shí)模塊,7、SVPWM,8、電壓源型逆變器,9、鼠籠式感應(yīng)電機(jī), 1 〇、位置傳感器,11、電角度計(jì)算模塊,12、ASR,13、磁鏈給定計(jì)算模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0064] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0065] 實(shí)施例
[0066] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于直接特征控制的新型鼠籠式感應(yīng)電機(jī)的控制方 法,從而能夠在傳統(tǒng)的矢量控制之外基于現(xiàn)代控制理論來對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制,不僅可以快速 提升響應(yīng)速度,也可以避免傳統(tǒng)控制中多處使用PI造成了參數(shù)調(diào)節(jié)困難等一系列的問題。
[0067] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種基于直接特征控制的新型鼠 籠式感應(yīng)電機(jī)控制策略,其內(nèi)容包括以下步驟:
[0068] 1)對(duì)于本控制策略,需要如下一些模塊:如圖1所示,給定值計(jì)算模塊1、特征控制 模塊2、預(yù)測控制模塊3、滑模變結(jié)構(gòu)觀測器4、坐標(biāo)變換模塊5、單位延時(shí)模塊6、SVPWM7、電壓 源型逆變器8、鼠籠式感應(yīng)電機(jī)9、位置傳感器10、電角度計(jì)算模塊11、ASR12、磁鏈給定計(jì)算 豐旲塊13;
[0069] 2)電流傳感器的作用是將檢測出的鼠籠式感應(yīng)電機(jī)中三相定子電流isa,i sb,isc作 為輸入,送至坐標(biāo)變換模塊內(nèi),對(duì)三相電流進(jìn)行三相/兩相(3s/2s)坐標(biāo)變換,輸出是兩相靜 止坐標(biāo)系下的定子電流分量i Sd,i Sfi;
[0070] 3)鼠籠式感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電角度Θ輸入至轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊中,其目的是對(duì)電角 度Θ進(jìn)行求導(dǎo),得到轉(zhuǎn)速反饋值ω ;
[0071] 4)將坐標(biāo)變換模塊輸出的在tn_T時(shí)刻的定子電流分量isa,i s{!,tn-T時(shí)刻的定子電 壓分量Usa,Us{!,以及轉(zhuǎn)速反饋值ω這五個(gè)變量作為輸入,送至滑模變結(jié)構(gòu)觀測器模塊中觀 測出t n_T時(shí)刻的定子電流分量i sa,i sf!,轉(zhuǎn)子磁鏈分量,Itrfi的值;
[0072] 5)將步驟(4)觀測出tn_T時(shí)刻的定子電流分量isa,ia,轉(zhuǎn)子磁鏈分量的值送 入預(yù)測控制模塊得到tn時(shí)刻的定子電流分量isa,is{!,轉(zhuǎn)子磁鏈分量屯。,-的值;
[0073] 6)將給定轉(zhuǎn)速ω。與轉(zhuǎn)速反饋值ω作差之后經(jīng)過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR得到給定轉(zhuǎn)矩Tec, 將轉(zhuǎn)速反饋值ω通過轉(zhuǎn)速與磁鏈關(guān)系曲線后得到給定轉(zhuǎn)子磁鏈φ。,將給定轉(zhuǎn)矩I。,給定轉(zhuǎn) 子磁鏈Φ。以及轉(zhuǎn)速反饋值ω送入定子d軸,q軸電流分量i sd,iSq的給定值計(jì)算模塊,輸出的是 isd和isq的給定值,記為idc,iqc;
[0074] 7)將步驟(5)預(yù)測出tn時(shí)刻的定子電流分量isa,i s{!,電角度Θ,以及步驟(6)輸出的 定子d軸,q軸電流分量id,iq的給定值id。,iq。作為輸入,送至鼠籠式感應(yīng)電機(jī)特征控制模塊 中,輸出是tn時(shí)刻的定子電壓分量u sa,usp;
[0075] 8)將步驟(7)tn時(shí)刻的定子電壓分量Usa, Us{!分別經(jīng)過單位延遲模塊,即延時(shí)一個(gè)T 周期,得到tn-T時(shí)刻的定子電壓分量usa,us{!,這就是步驟⑷所需要的^-! 1時(shí)刻的定子電壓 分量 Usa, UsP;
[0076] 9)將步驟⑴計(jì)算出的tn時(shí)刻的定子電壓分量Usa,U sfi作為輸入,送至SVPffM模塊中, 產(chǎn)生六路PWM信號(hào),以此作為逆變器三個(gè)橋臂的IGBT的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào),來產(chǎn)生三相交流電壓 驅(qū)動(dòng)鼠籠式感應(yīng)電機(jī)工作;
[0077] 對(duì)于本控制策略的幾大核心,其具體設(shè)計(jì)方法如下:(1)滑模觀測器設(shè)計(jì)方法如 下:
[0078] 根據(jù)在靜止坐標(biāo)系下鼠籠式感應(yīng)電機(jī)的定子a軸,β軸的電壓方程,將定子電流分 量isa,isp,轉(zhuǎn)子磁鏈分量φι·α,作為狀態(tài)變量列出狀態(tài)方程,并由此得出滑模變結(jié)構(gòu)的觀測 器如下所示:
[0079] 首先令
[0080]
[0081]
[0082]
[0083]
[0084]
[0085]
[0086] 其中usa,us{!分別為定子α軸,β軸的電壓,i sa,is{!分別為實(shí)測出來的定子α軸,β軸的 電流,1、,1、分別為觀測器估計(jì)的定子 〇軸,|3軸的電流,^,糨分別為實(shí)際轉(zhuǎn)子(1軸,辯由的 磁鏈,Φ'τα,Φ'τ?!分別為觀測器估計(jì)的轉(zhuǎn)子a軸,軸的磁鏈,Rs為定子電阻,Ls為定子的電感, Rr為轉(zhuǎn)子電阻,Lr為轉(zhuǎn)子的電感,Lm為定子轉(zhuǎn)子之間的互感,ω為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速;
[0087] (2)預(yù)測方程如下:
[0088]根據(jù)鼠籠式感應(yīng)電機(jī)的電壓方程,彳
乍為狀態(tài)變量,Usa+jusp作為 輸入變量列寫狀態(tài)方程,記為X' =AX+Bus,X = [isa+jisfiUjitrf!]T(即X為兩行一列的列向 S) , Us = Usa+j UsP
[0089] 對(duì)系數(shù)矩陣A求特征值及其對(duì)應(yīng)的特征向量,對(duì)應(yīng)的特征值為λ#ρλ2,其對(duì)應(yīng)的特 征向量記為Pl和Ρ2,并令
[0090]
[0091 ] 對(duì)上述狀態(tài)方程進(jìn)行離散化處理之后,得到如下方程:[0092]
[0093] 1
[0095] (3)特征控制方程
[0096] 在上述離散化處理之后的方程兩端同時(shí)乘以F1,即有
[0097] 化簡之后求出us(tn),即 得到如
[0110] 當(dāng)給定轉(zhuǎn)矩T(5。和給定轉(zhuǎn)子磁鏈Φ。都小于最大的轉(zhuǎn)矩Tf3max和最大轉(zhuǎn)子磁鏈IlWx時(shí), 有:
[0111] 第一階段(當(dāng)處于電壓極限圓內(nèi)部且也在電流極限圓內(nèi)部時(shí)):
[0112]
[0113]第二階段(當(dāng)處于電壓極限圓內(nèi)部且也在電流極限圓上或外部時(shí)):
[0114]
[0115] 第三階段(當(dāng)處于電壓極限圓上或外部時(shí)且也在電流極限圓內(nèi)部時(shí)):
[0116] 此時(shí)給定轉(zhuǎn)矩Te3。和給定轉(zhuǎn)子磁鏈Φ。都不能直接使用了,需通過如下步驟求出:
[0117] 首先計(jì)算出Itrc
[0118] 通過求解如下方程得到Ifcc:
[0119]
[0120] 同時(shí)將復(fù)根去掉,只留一個(gè)正實(shí)根且小于最大轉(zhuǎn)子磁鏈i]Wx。
[0121] 其次計(jì)算出給定轉(zhuǎn)矩T%
[0122] 通過求解如下方程得到Tec:
[0123]
[0124]
[0125]
[0126] 第四階段(當(dāng)處于電壓極限圓上或外部時(shí)且也在電流極限圓上或外部時(shí)):
[0127] 依然使用第三階段求出的itrc和Tec,并且有
[0128]
[0129] 本發(fā)明的核心算法為特征控制,逆變器輸出的三相電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn),本發(fā)明 的算法是在特征控制基礎(chǔ)上,加入電流和磁鏈觀測器以及預(yù)測控制環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)鼠籠式感應(yīng) 電機(jī)在新的控制策略上的突破。
[0130] 本發(fā)明可以快速有效的使逆變器輸出電流的諧波含量降低,本發(fā)明方法擺脫了電 機(jī)傳統(tǒng)矢量控制,提出了基于特征控制的電機(jī)控制策略,從而完成了電流諧波的抑制,進(jìn)而 完成轉(zhuǎn)矩諧波的抑制,該方法可以在不修改硬件的前提下,使用了特征控制算法來對(duì)電機(jī) 實(shí)現(xiàn)控制,在特征控制上增加了電流和磁鏈觀測器并加入了預(yù)測控制,對(duì)工業(yè)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩 諧波以及電磁噪聲問題有抑制作用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于直接特征控制的鼠籠式感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng),用W實(shí)現(xiàn)對(duì)鼠籠式感應(yīng)電機(jī) (9)的快速控制,其特征在于,該系統(tǒng)包括: 電壓源型逆變器(8):與鼠籠式感應(yīng)電機(jī)(9)連接,用W向鼠籠式感應(yīng)電機(jī)(9)提供驅(qū)動(dòng) 電壓; 坐標(biāo)變換模塊(5):用W將鼠籠式感應(yīng)電機(jī)(9)的=相定子電流進(jìn)行=相/兩相坐標(biāo)變 換; 位置傳感器(10):用W獲取鼠籠式感應(yīng)電機(jī)(9)的電角度,并通過電角度計(jì)算模塊(11) 將電角度轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速; SVPWM(7):用W生成電壓源型逆變器(8)的口極驅(qū)動(dòng)信號(hào)并發(fā)送給電壓源型逆變器(8) ASR(12):與電角度計(jì)算模塊(11)和給定值計(jì)算模塊(1)連接,用于產(chǎn)生給定轉(zhuǎn)矩; 給定值計(jì)算模塊(1):分別與ASR(12)和電角度計(jì)算模塊(11)連接,用W計(jì)算定子d軸和 q軸的給定電流; 滑模變結(jié)構(gòu)觀測器(4):與坐標(biāo)變換模塊(5)連接,用W生成當(dāng)前時(shí)刻定子電流分量、電 壓分量W及定子磁鏈; 預(yù)測控制模塊(3):與滑模變結(jié)構(gòu)觀測器(4)連接,用W產(chǎn)生下一時(shí)刻的預(yù)測定子電流 分量; 特征控制模塊(2):分別與給定值計(jì)算模塊(1)、預(yù)測控制模塊(3)、位置傳感器(10)和 SVPWM(7)連接,用W產(chǎn)生下一時(shí)刻的預(yù)測定子電壓分量并發(fā)送給SVPWM(7); 單位延時(shí)模塊(6):分別與給定值計(jì)算模塊(1)、預(yù)測控制模塊(3)和滑模變結(jié)構(gòu)觀測器 (4)連接,用W產(chǎn)生延遲后的定子電壓分量; 磁鏈給定計(jì)算模塊(13):與電角度計(jì)算模塊(11)和給定值計(jì)算模塊(1)連接,用于產(chǎn)生 給定磁鏈。2. -種應(yīng)用如權(quán)利要求1所述的基于直接特征控制的鼠籠式感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)的控制 方法,其特征在于,包括W下步驟: 1) 在靜止坐標(biāo)系下獲取鼠籠式感應(yīng)電機(jī)的定子a軸和e軸的電壓方程; 2) 根據(jù)定子a軸和0軸的電壓方程,將定子a軸和0軸的電流W及轉(zhuǎn)子a軸和0軸的磁鏈作 為狀態(tài)變量,得到狀態(tài)方程; 3) 構(gòu)建滑模變結(jié)構(gòu)觀測器,獲取當(dāng)前時(shí)刻的定子a軸和0軸的電流W及轉(zhuǎn)子a軸和0軸的 磁鏈; 4) 將狀態(tài)方程進(jìn)行離散化處理,獲得預(yù)測控制方程,并根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的定子a軸和0軸 的電流和電壓W及轉(zhuǎn)子a軸和e軸的磁鏈預(yù)測出下一時(shí)刻的定子a軸和e軸的電流W及轉(zhuǎn)子a 軸和e軸的磁鏈; 5) 根據(jù)預(yù)測出的下一時(shí)刻的定子a軸和0軸的電流W及給定的定子d軸和q軸的電流采 用特征控制方程獲得下一時(shí)刻定子a軸和e軸的電壓; 6) 將下一時(shí)刻定子a軸和0軸的電壓發(fā)送到SVPWM中,產(chǎn)生六路PWM信號(hào),作為逆變器S 個(gè)橋臂的IGBT的口極驅(qū)動(dòng)信號(hào),產(chǎn)生S相交流電壓驅(qū)動(dòng)鼠籠式感應(yīng)電機(jī)工作。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于直接特征控制的鼠籠式感應(yīng)電機(jī)控制方法,其特征 在于,所述的步驟2)中的狀態(tài)方程為: X' =AX+Bus X=[isa+jisl3 itra+jl^rp] Us = Usa+jUsP 其中,X^為,乂為狀態(tài)變量,113為輸入變量,^'為虛數(shù)單位,4、8為系數(shù)矩陣,13。、136分別為 實(shí)測出來的定子a軸和e軸的電流,如a、如e分別為實(shí)際轉(zhuǎn)子a軸和e軸的磁鏈幅值。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于直接特征控制的鼠籠式感應(yīng)電機(jī)控制方法,其特征 在于,所述的步驟3)中,滑模變結(jié)構(gòu)觀測器的方程為:其中,Usa、Use分別為定子a軸和0軸的電壓,isa、ise分別為實(shí)測出來的定子a軸和0軸的電 流,i/ sa、i/ SP分別為觀測器估計(jì)的定子a軸和0軸的電流,V ra、V re分別為觀測器估計(jì)的轉(zhuǎn)子 a軸和0軸的磁鏈幅值,M、N為滑模增益,CO為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,私為定子電阻,Ls為定子電感,U為轉(zhuǎn) 子的電感,Lm為定子轉(zhuǎn)子之間的互感,Rr為轉(zhuǎn)子電阻,a、0、A、0、Rsr分別為電感分散系數(shù)、轉(zhuǎn) 子時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)、定子等效漏電感、等效定子電阻、等效定子阻抗。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于直接特征控制的鼠籠式感應(yīng)電機(jī)控制方法,其特征 在于,所述的步驟4)中,預(yù)測控制方程為: X (tn)=化"p-ix (tn-T) +P A -1 ( e 1) p-iBus ( tn-T ),即:其中,A為A的特征矩陣,Ai、A2為A的特征值,I為單位陣,T為采樣時(shí)間,tn為下一時(shí)刻, U-T為當(dāng)前時(shí)刻,P= [Pi P2],且P1、P2為特征向量,丫為,A為,C心點(diǎn)點(diǎn)均為中間變量。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于直接特征控制的鼠籠式感應(yīng)電機(jī)控制方法,其特征 在于,所述的步驟5)中,特征控制方程為:其中,PO為tn時(shí)刻的電角度,ido和iqo分別為U時(shí)刻的定子d軸和q軸電流值,即為tn時(shí)刻轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值,如a(tn)、如a(tn)為tn時(shí)刻轉(zhuǎn)子a軸和0 軸的磁鏈幅值,如d為tn-T時(shí)刻轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值,idc、iqc為給定的定子d軸和q軸的電流。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于直接特征控制的鼠籠式感應(yīng)電機(jī)控制方法,其特征 在于,所述的步驟5)中,給定的定子d軸和q軸的電流id。和iq。由給定轉(zhuǎn)矩Te。和給定轉(zhuǎn)子磁鏈 恥'C計(jì)算得到,計(jì)算式為: 當(dāng)給定轉(zhuǎn)矩Te。和給定轉(zhuǎn)子磁鏈如。都小于最大的轉(zhuǎn)矩Temax和最大轉(zhuǎn)子磁鏈IlWx時(shí),有: 當(dāng)id。和iq。處于電壓極限圓內(nèi)部且處于電流極限圓內(nèi)部時(shí),則有:當(dāng)id。和iq。處于電壓極限圓上或外部且處于電流極限圓上或外部時(shí),則有:當(dāng)idc和iqc處于 idc =-I^rcRxia- 當(dāng)idc和iqc處于
【文檔編號(hào)】H02P23/12GK105915147SQ201610247481
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日
【發(fā)明人】康勁松, 武松林, 王碩, 蔣飛
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)