[發明專利]基于無功功率觀測器的同步電機矢量控制器及控制方法

有效

• 申請號: 201110392144.2
• 申請日: 2011-12-01
• 公開（公告）號: CN102386839A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 廉晨龍
• 申請（專利權）人: 臥龍電氣集團股份有限公司
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所 33206
• 代理人: 戴曉翔

技術領域

本發明涉及同步電機矢量控制器及控制方法。

背景技術

目前，在同步電機矢量控制中，通常采取兩類控制策略：一類是轉子磁場定位；另一類是定子磁鏈跟蹤。

轉子磁場定位控制方式中，我們需要獲取轉子位置，通過在轉子上加裝傳感器或者根據電機的電阻、電感等參數進行轉子角度估算，然后將定子電流通過一系列坐標變換折算到轉子坐標系中，進行解耦，對轉子的d軸電流和q軸電流分別進行PID控制，得到所需的d軸電壓和q軸電壓，又一次將轉子坐標系中的電壓通過一系列坐標反變換折算到定子側，計算量大，控制框架復雜，受電機參數影響大，特別是電機的電阻參數。而且，在出現定子綜合電壓矢量幅值飽和時，需要等比例縮減????????????????????????????????????????????????或，以保證定子綜合電壓矢量的方向準確。

定子磁鏈跟蹤控制方式中，同樣存在受電機電阻參數影響大的問題，所以很多研究都是針對參數自適應方面的，以彌補這一弱點。同時，在定子磁鏈跟蹤控制方式中，電流容易超調，存在不穩定因素，需要增加電流檢測環節來保證系統的正常可靠運行。

發明內容

本發明要解決的技術問題和提出的技術任務是對現有技術方案進行完善與改進，提供基于無功功率觀測器的同步電機矢量控制器及控制方法，以達到高性能、易實現目的。為此，本發明采取以下技術方案。

1、基于無功功率觀測器的同步電機矢量控制器，其特征在于：包括

PID調節器：用于根據定子電壓矢量旋轉角頻率ω_S生成對應的定子綜合電壓；

積分器：用于根據定子電壓矢量旋轉角頻率ω_S生成對應的定子轉角；

正弦余弦轉換器：與PID調節器和積分器輸出端相連，用于根據定子綜合電壓、定子轉角輸出對應的定子軸電壓值和定子軸電壓值；

逆變換器：與正弦余弦轉換器輸出端相連，將定子軸電壓值和定子軸電壓值轉換成三相相電壓值；

空間矢量脈寬調制器：與逆變換器輸出端連接，根據三相相電壓值生成PWM波；

功率逆變電路：與空間矢量脈寬調制器輸出端連接，用于控制電機的工作；

變換器：將電機三相電流采樣值變換成定子軸電流值和定子軸電流值；

無功功率觀測器：與變換器輸出端及正弦余弦轉換器輸出端連接，用于根據定子軸電壓值、定子軸電壓值、定子軸電流值和定子軸電流值計算定子電壓矢量旋轉角頻率ω_S；

鎖相環PLL：輸入端與無功功率觀測器的輸出端連接，輸出端與PID調節器及積分器的輸入端連接，用于對功率觀測器輸出鎖頻。

基于無功功率觀測器的同步電機矢量控制方法，?其特征在于它包括以下步驟：

1）獲得電機電感值L，并對同步電機的電流、電壓進行采樣；

2）對采樣的電流值進行折算至定子坐標系；

3）根據公式：

式中：A為無功功率值，L為電機電感值，ω_S為定子電壓矢量旋轉角頻率，?為定子軸電流值，定子軸電流值，?為定子軸電壓值，為定子軸電壓值，

當A→0時，計算ω_S；

4）將計算獲得的定子電壓矢量旋轉角頻率ω_S反饋給控制電路，以控制電機相反電勢和相電流同相位。

基于效率最優的目標，需要將電機相反電勢和相電流的相位進行同相位控制。在SVPWM控制方式下，通過控制定子綜合電壓矢量的幅值和角頻率，可以實現反電勢和電流的相位趨于相同。

但是，在正常三相SVPWM控制方式下，我們無法直接測量到繞組反電勢，只能測取電機的相電流，所以只能通過將三相電流折算到定子坐標系中，通過軸電壓平衡方程進行求解。

因為軸上的電機定子電壓方程為

而要保證電機相反電勢和相電流同相位，即需要下述等式成立：

???

令：

???

則根據軸上的電機定子電壓方程可得：

???

在正弦波驅動系統中，可以設：

??????

其中，為定子綜合電流，為定子電壓矢量旋轉角頻率。

可得：

???

只要根據值，通過PLL鎖相環控制定子電壓矢量旋轉角頻率，使得，即可控制電機相反電勢和相電流同相位。當時，電機處于增磁控制狀態；當時，電機處于弱磁控制狀態。而且越大，相對應的增磁或者弱磁效果越強。