[發明專利]一種異步電機的控制裝置及方法

在審

• 申請號: 201510272296.7
• 申請日: 2015-05-26
• 公開（公告）號: CN104868810A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發明（設計）人: 盧子廣;李卓;林靖宇;李捷;肖東裕;曹俊;李蘇川;田向渝
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 李珊

技術領域

本申請涉及電機控制領域，特別是一種異步電機的控制裝置及方法。

背景技術

電能是當今最主要的能源，同時也是浪費最多的能源。對我國社會總用電量而言，工業領域中的電機系統占據了其中的大部分，而電機使用過程中，由于控制設備陳舊、電機控制方法落后等原因導致電能的利用率低下，大量的電能在使用過程中被浪費掉。因此，電機調高性能速控制市場潛力巨大。

交流電機高性能調速大多采用變頻調速方法，其中矢量控制技術將交流調速系統的非線性時變特性轉換成近似直流調速系統的特性，采用直流電機的控制方法，對轉矩電流和勵磁電流進行解耦控制，得到與直流調速性能相媲美的交流調速性能，目前，矢量控制已成為交流傳動領域的主要控制方法。常用的矢量控制一般采用轉子磁鏈定向控制或者定子磁鏈定向控制，其中基于轉子磁鏈定向的矢量控制定子電流轉矩/勵磁分量無耦合作用，實施轉矩和勵磁控制設計簡單，具有極好的動、穩態控制精度，其主要存在的問題是溫度變化或者磁飽和導致轉子時間常數發生變化而影響其控制性能。而基于定子磁鏈定向的矢量控制則不受轉子時間常數變化的影響，但其轉矩和勵磁控制具有耦合作用，需要進行解耦控制設計。

因而，上述兩種矢量控制方案的準確性都依賴于電機磁鏈觀測的準確性。但是，常規的矢量控制中磁鏈觀測依賴于電機模型，其使用的電機參數是固定的，如定子電阻、轉子電阻、定子電感或轉子電感等電機參數。而異步電動機運行過程中，由于溫度等工況狀態的變化，電機相關參數將發生變化，導致常規矢量控制中磁鏈觀測器的電機參數與實際運行的電機參數出現誤差，從而降低了電機控制系統的穩定性和魯棒性。

發明內容

本申請提供一種異步電機的控制裝置及方法，解決現有技術中，因磁鏈觀測使用的電機參數與實際運行的電機參數出現誤差而降低電機控制系統的穩定性和魯棒性的問題。

根據本申請的第一方面，本申請提供一種異步電機的控制裝置，包括彼此電連接的采集模塊、處理模塊和驅動模塊，驅動模塊包括逆變器，逆變器和采集模塊均用于與被控電機電連接，采集模塊還與驅動模塊電連接；

采集模塊用于實時采集被控電機三相定子的電流信號???????????????????????????????????????????????、、和轉速信號，并將采集到的被控電機三相定子的電流信號、、和轉速信號發送至處理模塊;

處理模塊用于根據獲取的三相定子電壓信號、和計算機端虛擬磁鏈對給定磁鏈與觀測到的機端虛擬磁鏈的差值進行PI控制，得到給定的定子電流軸分量;被控電機三相機端虛擬磁鏈的計算式為：

；

被控電機機端虛擬磁鏈的幅值和位置角為：

，；

處理模塊還用于對給定的轉速信號和實際的轉速信號的差值進行PI控制，得到給定的轉矩信號，對給定的轉矩信號和觀測到的電磁轉矩信號的差值進行PI控制，獲得給定的定子電流軸分量;

觀測到的電磁轉矩信號的計算式為，為被控電機的極對數，為定子電流q軸分量；

處理模塊還用于根據給定的定子電流軸分量和軸分量，以及被控電機機端虛擬磁鏈位置角，計算被控電機三相定子給定的電流信號、和；

處理模塊用于對與實際定子電流信號之間的差值、與實際定子電流信號之間的差值以及與實際定子電流信號之間的差值進行PI控制，獲得PWM開關信號，并將獲得的PWM開關信號發送至驅動模塊；

驅動模塊用于根據PWM開關信號驅動被控電機。

根據本申請的第二方面，本申請提供一種異步電機的控制方法，包括以下步驟：

采集模塊實時采集被控電機三相定子的電流信號、、和轉速信號，并將采集到的被控電機三相定子的電流信號、、和轉速信號發送至處理模塊;

處理模塊根據獲取的三相定子電壓信號、和計算機端虛擬磁鏈對給定磁鏈與觀測到的機端虛擬磁鏈的差值進行PI控制，得到給定的定子電流軸分量;被控電機三相機端虛擬磁鏈的計算式為：

；

被控電機機端虛擬磁鏈的幅值和位置角為：

，；

處理模塊對給定的轉速信號和實際的轉速信號的差值進行PI控制，得到給定的轉矩信號，對給定的轉矩信號和觀測到的電磁轉矩信號的差值進行PI控制，獲得給定的定子電流軸分量;

觀測到的電磁轉矩信號的計算式為，為被控電機的極對數，為定子電流q軸分量；