[發明專利]基于反電勢前饋控制的矢量控制方法

有效

• 申請號: 201110005591.8
• 申請日: 2011-01-12
• 公開（公告）號: CN102025313A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 楊北輝;陳鴻蔚;黃興;吳能峰;黃潔萍
• 申請（專利權）人: 湘潭電機股份有限公司
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P27/12
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所 43205
• 代理人: 姜芳蕊;寧星耀

技術領域

本發明涉及一種異步牽引電機的矢量控制方法，尤其是涉及一種基于反電勢前饋控制的矢量控制方法。

背景技術

由于異步牽引電機的動態數學模型是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統，因此，如何對異步牽引電機進行精確的控制一直受人關注。上世紀70年代，西門子工程師F.Blaschke首先提出使用異步電機矢量控制理論來解決交流電機轉矩的控制問題。矢量控制實現的基本原理是，測量異步電動機定子電流矢量，根據矢量變換原理將異步電動機的定子電流矢量分解為產生磁場的電流分量?(稱之為勵磁電流)?和產生轉矩的電流分量?(稱之為轉矩電流)?兩個部分，通過同時控制兩個分量的幅值和相位，達到控制異步電動機轉矩的目的。這種方法可以將一臺三相異步電機等效為直流電機來控制，獲得與直流調速系統同樣的靜、動態性能。簡單的說，矢量控制就是將異步電動機定子電流解耦為勵磁電流和轉矩電流，從而對轉矩和磁場兩個分量進行獨立控制，實現對交流電機的高性能調速。

矢量控制方法包括基于轉差頻率控制的矢量控制方法、基于轉子磁鏈的矢量控制方法和無速度傳感器矢量控制方法等。矢量控制方法一般需要對定子磁鏈或轉子磁鏈進行觀測，為了克服電機參數的變換和電機本身的非線性，在高速區和低速區控制結構往往需要進行變換。尤其在低速區，控制系統需要進行死區補償和電機參數實時識別，控制結構過于復雜，需要大量的控制運算，往往會導致控制精度變差。另外，對于軌道交通等電動車輛的牽引控制，由于其交流傳動系統的特殊性，其調制方法需要進行異步調制和同步調制之間的變換，且其需采用過調制以提高電壓利用率。另外，牽引電機恒電壓區通常采用方波調制，若采用傳統矢量控制方法容易導致電流或電壓過飽和，轉矩容易產生脈動，控制精度較低。

發明內容

為了克服現有技術存在的上述缺陷，本發明提供一種控制精度高的基于反電勢前饋控制的矢量控制方法。

本發明的技術方案是：其包括如下步驟：

（1）通過異步牽引電機特性曲線得到電機V/F比，根據逆變器輸出頻率和V/F比的乘積得到所需異步牽引電機反電勢的幅值；

（2）給定勵磁電流和轉矩電流；

（3）由逆變器輸出頻率的積分得到異步牽引電機反電勢的相位角；

（4）通過電流傳感器采樣得到異步牽引電機三相定子電流，并計算得出異步牽引電機定子電流矢量的幅值和相位角；

（5）由定子電流矢量得到電流在異步牽引電機定子阻抗上的補償電壓矢量幅值及相位角；

（6）然后利用反電勢相位角對異步牽引電機定子電流矢量進行矢量變換，使之解耦成轉矩電流和勵磁電流；

（7）解耦的勵磁電流和步驟（2）中給定的勵磁電流構成PI調節器，PI調節器輸出為反電勢幅值的調節值；

（8）解耦的轉矩電流和給定轉矩電流構成PI調節器，此PI調節器輸出直接控制異步牽引電機的轉差；

（9）逆變器輸出的異步牽引電機定子電壓幅值為步驟（1）所決定的異步牽引電機反電勢的幅值、步驟（5）所決定的補償電壓矢量以及步驟（7）所決定的反電勢幅值的調節值之和；

（10）逆變器輸出的異步牽引電機定子頻率為轉子旋轉速度和步驟（8）所決定的電機轉差之和；

(11)在電機的恒轉矩區和恒功率區的轉矩控制采用不同的控制策略：在電機恒轉矩區采用恒轉矩電流控制，在電機恒功率區采用電壓限制和轉差限制。

本發明控制精度高，適用范圍廣。低頻段通過恒電流控制可以自動補償死區和電機參數變化產生的壓降，高頻段通過電壓限制和轉差限制實現恒壓轉差矢量控制，自動實現電機恒轉矩區向恒功率區及弱磁區平滑過渡。本發明之采用基于反電勢前饋控制的矢量控制方法，通過對轉矩電流和勵磁電流的控制，實現全速度區間的轉矩控制，實現包含低速和高速的寬區域連續控制而不用更換控制結構。

附圖說明

圖1?為電機等效電路圖；

圖2?為電機電壓電流矢量圖；

圖3?為矢量控制調制方式圖；

圖4為本發明一實施例控制策略框圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

本實施例包括如下步驟：

（1）通過異步牽引電機特性曲線得到電機V/F比，根據逆變器輸出頻率和V/F比的乘積得到所需異步牽引電機反電勢的幅值；

（2）給定勵磁電流和轉矩電流；

（3）由逆變器輸出頻率的積分得到異步牽引電機反電勢的相位角；