[發(fā)明專(zhuān)利]基于離散電流矢量的相幅協(xié)調(diào)的電機(jī)運(yùn)行控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510352732.1
• 申請(qǐng)日: 2015-06-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104868811B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董硯;孫鶴旭;荊鍇;李國(guó)慶;郭賢朝;梁濤;雷兆明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02P21/20
• 分類(lèi)號(hào): H02P21/20;H02P21/18
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)12210
• 代理人: 胡安朋,付長(zhǎng)杰

1.一種基于離散電流矢量的相幅協(xié)調(diào)的電機(jī)運(yùn)行控制方法，其特征在于，該控制方法是根據(jù)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的進(jìn)行相幅協(xié)調(diào)控制的三種控制不同要求：第一種，以輸出轉(zhuǎn)矩最大為目標(biāo)， 第二種，以轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小為目標(biāo)和第三種，以位置偏差最小為目標(biāo)，分別對(duì)電流矢量的相角和幅值進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，具體方法如下：

Ⅰ.所述控制方法所用裝置：

所述控制方法所用裝置，包括相幅協(xié)調(diào)控制模塊、電流控制模塊、功率電路、電機(jī)、位置檢測(cè)模塊和電流檢測(cè)模塊；相幅協(xié)調(diào)控制模塊一端與電流控制模塊相連，另一端與位置檢測(cè)模塊相連；電流控制模塊與功率電路的信號(hào)控制端相連，功率電路的輸出端通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與電機(jī)相連，且導(dǎo)線(xiàn)穿過(guò)電流檢測(cè)模塊，電流檢測(cè)模塊又與電流控制模塊連接，位置檢測(cè)模塊與電機(jī)進(jìn)行同軸安裝；

Ⅱ.所述控制方法針對(duì)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行相幅協(xié)調(diào)控制的三種不同控制目標(biāo)分別對(duì)電流矢量的相角和幅值進(jìn)行相幅協(xié)調(diào)控制的具體步驟如下：

第一種，以輸出轉(zhuǎn)矩最大為目標(biāo)的相幅協(xié)調(diào)控制方法：

當(dāng)電機(jī)快速升或減速時(shí)，需要根據(jù)下述公式(2)輸出最大電磁轉(zhuǎn)矩，

其中ε為矩角，即電流矢量i_s與轉(zhuǎn)子磁鏈ψ_r間的夾角，獲得最大電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿(mǎn)足給定離散電流矢量幅值|i_s|為最大值I_m，矩角ε在π/2±0.5θ_b內(nèi)變化，其中θ_b＝2π/b_H為步距角，b_H為離散步數(shù)，Te為電磁轉(zhuǎn)矩；

相幅協(xié)調(diào)控制步驟包括：

第一步，檢測(cè)轉(zhuǎn)子的機(jī)械角位置：

相幅協(xié)調(diào)控制模塊通過(guò)位置檢測(cè)模塊檢測(cè)到轉(zhuǎn)子的機(jī)械角位置θ_m，選取極對(duì)數(shù)為p的電機(jī)，則A相繞組的軸線(xiàn)的個(gè)數(shù)為p，該機(jī)械角位置θ_m以其中一個(gè)A相繞組的軸線(xiàn)位置為0起始；

第二步，計(jì)算給定離散電流矢量的位置：

由相幅協(xié)調(diào)控制模塊將第一步中檢測(cè)到的機(jī)械角位置θ_m代 入公式(3)，根據(jù)公式(3)計(jì)算所給定離散電流矢量i_s(k)的序號(hào)：

式中，round表示四舍五入運(yùn)算；％表示取余運(yùn)算；符號(hào)“±”指當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩出力方向與正方向相同時(shí)，取“+”，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩出力方向與正方向相反時(shí)，取“-”，所述正方向?yàn)槊嫦螂姍C(jī)輸出軸的逆時(shí)針?lè)较颍?/p>

根據(jù)給定離散電流矢量i_s(k)的序號(hào)可以確定給定離散電流矢量的位置，即給定離散電流矢量的相角kθ_b；

第三步，輸出給定離散電流矢量：

將給定離散電流矢量i_s(k)的幅值|i_s|＝I_m和第二步得到的給定離散電流矢量的相角kθ_b給到電流控制模塊，采用電流滯環(huán)控制或者電流PID控制中的任意一種電流控制方法控制電機(jī)電流跟隨給定電流，從而實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)矩最大的控制；

第二種，以轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小為目標(biāo)的相幅協(xié)調(diào)控制方法：

當(dāng)電機(jī)勻速運(yùn)行時(shí)，要求電機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)與負(fù)載轉(zhuǎn)矩滿(mǎn)足電機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡方程，即滿(mǎn)足公式(4)，

式中，T_L為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ω為電機(jī)的電角速度；

此時(shí)，令給定的電磁轉(zhuǎn)矩T_e^*等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩T_L，且令Te＝Te*，則給定離散電流矢量幅值|i_s|根據(jù)公式(2)按給定的電磁轉(zhuǎn)矩T_e^*計(jì)算得到，當(dāng)矩角ε在π/2±0.5θ_b內(nèi)變化時(shí)，使得轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小，其中θ_b＝2π/b_H為步距角；

相幅協(xié)調(diào)控制步驟為：

第一步，檢測(cè)轉(zhuǎn)子的機(jī)械角位置：

相幅協(xié)調(diào)控制模塊通過(guò)位置檢測(cè)模塊檢測(cè)到轉(zhuǎn)子的機(jī)械角位置θ_m，選取極對(duì)數(shù)為p的電機(jī)，則A相繞組的軸線(xiàn)的個(gè)數(shù)為p，該機(jī)械角位置θ_m以其中一個(gè)A相繞組的軸線(xiàn)位置為0起始；

第二步，計(jì)算給定離散電流矢量的位置：

由相幅協(xié)調(diào)控制模塊將第一步中檢測(cè)到的機(jī)械角位置θ_m代 入公式(3)

式中，round表示四舍五入運(yùn)算，％表示取余運(yùn)算；符號(hào)“±”指當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩出力方向與正方向同時(shí)，取“+”，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩出力方向與正方向相反時(shí)，取“-”，所述正方向?yàn)槊嫦螂姍C(jī)輸出軸的逆時(shí)針?lè)较颍?/p>

根據(jù)公式(3)計(jì)算所給定離散電流矢量i_s(k)的序號(hào)，再根據(jù)給定離散電流矢量i_s(k)的序號(hào)可以確定給定離散電流矢量的位置，即給定離散電流矢量的相角kθ_b；

第三步，計(jì)算給定離散電流矢量幅值：

根據(jù)給定電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的平衡關(guān)系T_e^*＝T_L可得到T_e^*，令Te＝Te*，再將sinε＝1及T_e^*代 入公式(2)，可以得到公式(5)：

控制中，可通過(guò)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì)器得到T_L的估計(jì)值，從而根據(jù)公式(5)得到給定離散電流矢量的幅值；

第四步，輸出給定離散電流矢量：

將根據(jù)第三步計(jì)算得到的給定離散電流矢量的幅值和根據(jù)第二步計(jì)算得到的給定離散電流矢量的相角kθ_b給到電流控制模塊，采用電流滯環(huán)控制或者電流PID控制中的任意一種電流控制方法控制電機(jī)電流跟隨給定電流，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小的控制；

第三種，以位置偏差最小為目標(biāo)的相幅協(xié)調(diào)控制方法：

當(dāng)運(yùn)行中的電機(jī)受制動(dòng)轉(zhuǎn)矩減速至定位點(diǎn)附近，且速度較低時(shí)，提供一個(gè)可使轉(zhuǎn)子恰好停在位置偏差最小的定位點(diǎn)處的給定電磁轉(zhuǎn)矩T_e^*，此時(shí)給定電磁轉(zhuǎn)矩T_e^*為已知值，給定離散電流矢量的相角和幅值應(yīng)同時(shí)根據(jù)此已知的給定電磁轉(zhuǎn)矩T_e^*進(jìn)行調(diào)整；

相幅協(xié)調(diào)控制步驟為：

第一步，檢測(cè)轉(zhuǎn)子的機(jī)械角位置：

通過(guò)位置檢測(cè)模塊檢測(cè)到轉(zhuǎn)子的機(jī)械角位置θ_m，選取極對(duì)數(shù)為p的電機(jī)，則A相繞組的軸線(xiàn)的個(gè)數(shù)為p，該機(jī)械角位置θ_m以其中一個(gè)A相繞組的軸線(xiàn)位置為0起始；

第二步，以額定電流計(jì)算給定離散電流矢量的相角：

為平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩，采用額定電流I_r估算給定離散電流矢量的相位，由相幅協(xié)調(diào)控制模塊將第一步中檢測(cè)到的機(jī)械角位置θ_m代 入公式(6)，

式中，round表示四舍五入運(yùn)算，％表示取余運(yùn)算，符號(hào)“±”指當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩出力方向與正方向相同時(shí)，取“+”，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩出力方向與正方向相反時(shí)，取“-”，所述正方向?yàn)槊嫦螂姍C(jī)輸出軸的逆時(shí)針?lè)较?，其中?sub>b＝2π/b_H為步距角；

根據(jù)公式(6)得到給定離散電流矢量i_s(k)的序號(hào)，再根據(jù)給定離散電流矢量i_s(k)的序號(hào)可以確定給定離散電流矢量的位置，即給定離散電流矢量的相角kθ_b；

第三步，計(jì)算給定離散電流矢量的幅值：

已知給定電磁轉(zhuǎn)矩T_e^*，令Te＝Te*，將矩角ε＝kθ_b-pθ_m代 入公式(2)，可以得到公式(7)：

從而根據(jù)公式(7)得到給定離散電流矢量的幅值；

第四步，輸出給定離散電流矢量：

將根據(jù)第三步計(jì)算得到的給定離散電流矢量的幅值和根據(jù)第二步計(jì)算得到的給定離散電流矢量的相角kθ_b給到電流控制模塊，采用電流滯環(huán)控制或者電流PID控制中的任意一種電流控制方法控制電機(jī)電流跟隨給定電流，從而實(shí)現(xiàn)位置偏差最小的控制。