[發明專利]一種交流電機自適應控制方法及控制系統

在審

• 申請號: 201710962756.8
• 申請日: 2017-10-02
• 公開（公告）號: CN107544257A
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 韓芳;朱玉琴;張亞;朱婕;胡艷麗
• 申請（專利權）人: 淮南師范學院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明具體涉及一種交流電機自適應控制方法及控制系統，屬于交流電機自適應控制技術領域。

背景技術

我國是煤炭生產消費大國，煤炭產業的發展，推動了交流電動機在礦井通風系統中廣泛應用。但礦井環境惡劣，以單片機為控制核心的傳統保護控制系統已經滿足不了井下安全生產的需求，尤其是電機溫度保護功能薄弱引發的瓦斯爆炸事故處于上升趨勢。據相關部門統計，2010～2016年，在煤礦發生的事故中，瓦斯爆炸占總事故30％以上，其中由溫度引發的爆炸占總瓦斯事故的80％以上。可見提高煤礦井下通風系統的動力驅動裝置-交流電機的溫度保護功能是預防瓦斯爆炸的重要手段。

發明內容

因此，本發明針對煤礦井下環境惡劣多變，通風電動機溫度保護功能明顯下降導致井口溫度提升，瓦斯等爆炸事故不斷發生問題，設計了一種基于ARM的交流電機溫度自適應控制方法及控制系統系統。

具體的，交流電機自適應控制方法，其特征在于，所述方法具體為：進行交流電機運行環境溫度采集及交流電機電流采樣，將結果傳送給主控芯片ARM，主控芯片ARM根據溫度模型及電流模型，對溫度及電流進行FFT運算，通過驅動器控制智能逆變器IPM實現交流電機的自適應控制；

所述溫度模型具體為：

把電機運行整個過程離散為一個個小區間T，在每個小區間上的溫度值由溫度傳感器在線檢測，并做近似線性化處理，再經隔離、濾波、放大及頻率補償處理后，送入ARM的I/O，進行A/D轉換并數字濾波處理，然后做快速FFT運算，獲得的溫度-時間關系式，如公式一所示：

式中：θ_i-第i時間段溫度；θ_i-1-第i-1時間段溫度，θ_i去噪聲處理，依據數據融合法則，去噪聲算法如下：

設滿足條件的溫度方程θ，如公式二所示：

θ＝Hθ_i+R 公式二

式中：H——溫度方程系數矩陣；R——誤差向量，

根據一致性法則，公式二計算的溫度值去極值處理，然后分兩組，分別表示為θ_1k、θ_2k，則每組算術平均值及噪聲標準誤差依次表示為公式三：

根據分批估算原則獲得溫度融合標準誤差，如公式四所示：

令H＝[1 1]^T，σ＝[T₁ T₂]^T，可推導出溫度動態響應的函數式，如公式五所示：

由公式五算出的溫度值應滿足T＜T_m，T_m為電機正常運行極限溫度；

電流模型具體為：

設采樣電流頻率為f_s，信號源頻率為f，取f_S＞2f，采樣點數為N，N取2的整數次方，送入到ARM中，先做A/D轉換，而后進行數字濾波處理、FFT算法，獲得一個N點復數，每一個復數點對應一個頻率，接著進行取模運算獲得該頻率下幅頻響應函數，再由FFT公式推導出各相電流基次波實部和虛部的數學模型；

相電流基次波實部公式如公式六所示：

相電流基次波虛部公式如公式七所示：

式中：I_ka-第k時間段的電流；I_ka-1-第k-1時間段的電流，采取前面溫度去噪聲算法獲得相實部去噪聲處理的標準誤差公式，如公式八所示：

式中I_1i，I_2i-I_ka分組電流；I₁，I₂-每組對應的算術平均值，將公式六和公式八式聯立求得電流動態跟蹤的數學模型，如公式九所示：

根據公式九計算的電流值應滿足I_ka＜I_m，I_m為電機正常運行時額定電流。

本發明還提供了一種實現上述控制方法的交流電機自適應控制系統。

具體的，交流電機自適應控制系統，包括溫度采集電路、電流采樣保值電路，所述控制系統還包括主控芯片ARM、驅動器、智能逆變器IPM，所述主控芯片ARM分別連接溫度采集電路、電流采樣保值電路、驅動器，所述驅動器連接智能逆變器IPM，智能逆變器IPM設置在電網的整流濾波電路與交流電機之間。