[發明專利]一種基于磁場定向控制的感應電機控制方法

在審

• 申請號: 201710200929.2
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN106887989A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 金濤;宗戈;劉頁
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P27/08
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊,丘鴻超

技術領域

本發明屬于感應電動機領域，具體涉及一種基于磁場定向控制的感應電機控制方法。

背景技術

近年來，隨著現代電力電子技術、交流變頻調速技術的飛速發展，感應電動機交流傳動技術已廣泛應用于工農業、交通運輸等國民經濟的調速領域，現在從數百瓦的伺服系統至數萬千瓦的特大功率高速傳動系統，從一般要求的小范圍調速傳動到高精度、快響應、大范圍的調速傳動，幾乎都可釆用交流調速技術。這些應用包括風機、造紙廠、紡織廠、地鐵和機車牽引、電動和混合汽車、機床和機器人、家用電器和風力發電等諸多領域。交流調速傳動系統的廣泛應用及其迅猛發展趨勢表明，交流傳動系統已成為當前電力傳動控制的主要發展方向，并在大多數場合取代了直流傳動系統。

20世紀70年代初，德國西門子公司的工程師發表了“感應電機磁場定向的控制原理”美國P.C.Custman與A.A.Clarke申請了專利“感應電機定子電壓的坐標變換控制”。矢量控制的提出標志著交流調速理論的重大突破。矢量控制又稱磁場定向控制其基本思想是把交流電機空間磁場矢量的方向作為坐標軸的基準方向，將電機定子電流的勵磁電流分量與轉矩電流分量獨立開來分別進行控制，這樣，通過坐標變換就可等效為直流電機，從而實現和他勵直流電機一樣快速的轉矩和磁通控制。

在工業領域，磁場定向控制在感應電動機的調速上具有廣泛的應用，但是傳統的磁場定向控制方法在電流解耦的過程中只考慮了感應電動機的模型，而沒有考慮逆變器對輸出電流、輸出電壓和輸出轉矩的影響。因此，傳統的磁場定向控制方法在控制小功率感應電動機且逆變器的開通和關斷的頻率高時具有良好的控制性能，但當所控制的電機為大功率感應電動機或逆變器的開通和關斷的頻率低時，系統的控制性能則會下降，尤其是在感應電動機起動或變負載時，輸出電流、電壓和轉矩不穩定。因此，對于大功率感應電動機、逆變器的開通和關斷的頻率低且對電機的調速有較高精度和穩定性要求的應用場合則將無法采用傳統的磁場定向控制方法。本發明為一種新型的基于磁場定向控制的感應電動機控制方法，通過補償逆變器的影響提高了感應電動機的調速性能，并且適用范圍更廣。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于磁場定向控制的感應電機控制方法，該方法對感應電動機的調速具有良好的動態性能和穩定性，并且本發明較傳統磁場定向控制具有更高的精度、穩定性和可靠性。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種基于磁場定向控制的感應電機控制方法，包括如下步驟，

步驟S1：將所測得的感應電動機三相電流i_sa、i_sb、i_sc進行abc-dq變換獲得實際的定子電流d軸、q軸分量i_sd、i_sq；

步驟S2：根據實際的定子電流分量i_sd、i_sq、轉子的電角速度ω_m以及感應電動機數學模型計算獲得電磁轉矩T_em、轉子磁鏈d軸分量λ_rd以及轉子磁場磁鏈d軸與定子a相軸線的夾角θ_da；感應電動機數學模型為：

λ_rd＝L_mi_sd

其中，p為電動機的極對數，L_m為定轉子互感，L_r為轉子自感，R_r為轉子阻抗，

步驟S3：轉子磁鏈參考值等于額定值，轉子磁鏈額定值通過式λ_rd＝L_mi_sd將額定電流代入求得；轉子參考磁鏈d軸分量與步驟S2中獲得計算值經磁鏈控制器獲得定子參考電流的d軸分量

步驟S4：光電編碼器檢測獲得的感應電動機實際轉速與設定的參考轉速經轉速控制器獲得定子參考電流的q軸分量

步驟S5：將步驟S3和步驟S4中獲得的定子參考電流分量和與步驟S1中的實際定子電流分量i_sd、i_sq通過同步電流控制器輸出定子參考電壓考慮到PWM逆變器的器件的開通和關斷會對系統控制性能造成影響，需要進行優化，因此同步電流控制器的數學模型為：