[發(fā)明專利]基于離散電流矢量的相幅協(xié)調(diào)的電機運行控制方法

有效

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• 申請日: 2015-06-23
• 公開（公告）號: CN104868811B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設計）人: 董硯;孫鶴旭;荊鍇;李國慶;郭賢朝;梁濤;雷兆明
• 申請（專利權）人: 河北工業(yè)大學
• 主分類號: H02P21/20
• 分類號: H02P21/20;H02P21/18
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙)12210
• 代理人: 胡安朋,付長杰

技術領域

本發(fā)明的技術方案涉及一種電機控制技術，具體地說是基于離散電流矢量的相幅協(xié)調(diào)的電機運行控制方法。

背景技術

交流步進傳動控制是一種化電機連續(xù)運行為步進運行的控制策略，以獲得電機的步進直驅調(diào)速、微步定位等運行方式，其已在異步電機、同步電機以及開關磁阻電機上得到應用。交流步進的技術是，將電機連續(xù)電流按離散步數(shù)b_H等步距離散成階梯波電流，以三相電機為例如式(1)：

其中k＝0,1,…,b_H-1，I為各相電流幅值。然后獲得空間上離散的步進磁動勢(電流矢量)，從而產(chǎn)生步進電磁轉矩驅動電機運行：

其中ε為矩角，即電流矢量i_s與轉子磁鏈ψ_r間的夾角。如圖1(a)為三相交流電機b_H＝12時的離散電流波形，圖1(b)為三相電流合成的步進電流矢量示意圖。

目前，應用交流步進傳動控制電機運行的方法主要是采用恒頻控制實現(xiàn)電機直驅調(diào)速，而采用點動微步控制、三段(升頻升速階段、恒頻恒速階段、降頻減速及定位階段)、五段(升頻升速階段、恒頻恒速階段、降頻減速階段、低速爬行階段、定位階段)控制，實現(xiàn)電機的位置控制。傳統(tǒng)電機運行控制方法均是按恒定的電流矢量幅值和給定的矩角，這樣的控制方法是定子電流超前轉子磁鏈的角度恒定，直接調(diào)節(jié)給定電流的頻率，會帶來轉速超調(diào)大、轉矩脈動過大、定位時間長以及定位時動靜態(tài)角誤差對定位精度影響大的問題。有必要提出一種新型的電機運行控制方法策略，發(fā)揮交流步進傳動在低速定位的優(yōu)勢，并且彌補現(xiàn)有交流步進控制方法中存在的上述不足之處。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是：提供基于離散電流矢量的相幅協(xié)調(diào)的電機運行控制方法，該電機運行控制方法以交流步進控制為基礎，在具有定位特性的離散電流矢量控制的基礎上，根據(jù)電機不同的運行情形，不同的控制目標，提出電流矢量相位與幅值分階段協(xié)調(diào)控制的策略，通過協(xié)調(diào)離散電流矢量幅值和相位，即不同情形下計算離散電流幅值和相位的步驟的處理，實現(xiàn)了轉矩特性的改善，克服了在電機整個運行過程中，轉速超調(diào)大、轉矩脈動過大、定位時間長以及定位精度不高的缺陷。

本發(fā)明解決該技術問題所采用的技術方案是：基于離散電流矢量的相幅協(xié)調(diào)的電機運行控制方法，是根據(jù)電機運行過程中的進行相幅協(xié)調(diào)控制的三種控制不同要求：第一種，以輸出轉矩最大為目標、第二種，以轉矩脈動最小為目標和第三種，以位置偏差最小為目標，分別對電流矢量的相角和幅值進行協(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、位置檢測模塊和電流檢測模塊；相幅協(xié)調(diào)控制模塊一端與電流控制模塊相連，另一端與位置檢測模塊相連；電流控制模塊與功率電路的信號控制端相連，功率電路的輸出端通過導線與電機相連，且導線穿過電流檢測模塊，電流檢測模塊又與電流控制模塊連接，位置檢測模塊與電機進行同軸安裝；

Ⅱ.所述控制方法針對電機運行過程中進行相幅協(xié)調(diào)控制的三種不同控制目標分別對電流矢量的相角和幅值進行相幅協(xié)調(diào)控制的具體步驟如下：

第一種，以輸出轉矩最大為目標的相幅協(xié)調(diào)控制方法：

當電機快速升或減速時，需要根據(jù)下述公式(2)輸出最大電磁轉矩，

其中ε為矩角，即電流矢量i_s與轉子磁鏈ψ_r間的夾角，獲得最大電磁轉矩應滿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，Te為電磁轉矩；

相幅協(xié)調(diào)控制步驟包括：

第一步，檢測轉子的機械角位置：

相幅協(xié)調(diào)控制模塊通過位置檢測模塊檢測到轉子的機械角位置θ_m，選取極對數(shù)為p的電機，則A相繞組的軸線的個數(shù)為p，該機械角位置θ_m以其中一個A相繞組的軸線位置為0起始；

第二步，計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到的機械角位置θ_m帶入公式(3)，根據(jù)公式(3)計算所給定離散電流矢量i_s(k)的序號：