[發(fā)明專利]一種基于無源性控制的矩陣變換器-永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810344375.8
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108365788B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周美蘭;初易新
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號: H02P21/13
• 分類號: H02P21/13;H02P21/22;H02P21/24;H02P25/024;H02P27/08;H02M1/092
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 楊紅娟

本發(fā)明屬于電機傳動領(lǐng)域，具體涉及一種基于無源性控制的矩陣變換器?永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)和方法；裝置包括所述永磁同步電機PWSM分別連接雙向矩陣變換器和輸出電流檢測電路，所述雙向矩陣變換器依次連接無源低通濾波器和三相交流電源，所述無源低通濾波器和三相交流電源之間連接輸入電壓檢測電路，所述輸出電流檢測電路和輸入電壓檢測電路分別通過信號調(diào)理電路連接控制電路，控制電路通過開關(guān)管驅(qū)動電路連接雙向矩陣變換器，所述電源模塊分別為輸出電流檢測電路、信號調(diào)理電路、控制電路、開關(guān)管驅(qū)動電路和輸入電壓檢測電路供電；本發(fā)明具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強以及魯棒性好的優(yōu)點，改善了調(diào)速系統(tǒng)的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電機傳動領(lǐng)域，具體涉及一種基于無源性控制的矩陣變換器-永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

能源消耗是社會進步的代價之一，節(jié)約能源、保護環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展是具有戰(zhàn)略意義的。一直以來，能源在工業(yè)領(lǐng)域消耗最重要的源頭應(yīng)屬電機，所以，電機控制技術(shù)的完善和電機效率的提升對可持續(xù)發(fā)展有著重要的含義。目前，交流調(diào)速技術(shù)廣泛應(yīng)用于電機驅(qū)動中，它是電機調(diào)速系統(tǒng)研究的關(guān)鍵部分。如用在風(fēng)機、水泵中的節(jié)能交流調(diào)速系統(tǒng)、軋鋼機、機床、電力機車等領(lǐng)域的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)、石化、紡織、輕工機械等方面的同步交流調(diào)速系統(tǒng)等等。而交流變頻調(diào)速以其較高的控制精度、良好的調(diào)速平滑度、較寬的調(diào)速范圍等優(yōu)點，成為交流電機調(diào)速技術(shù)研究和發(fā)展的主流。

交流電氣傳動系統(tǒng)的執(zhí)行電機為交流電機，一般為異步電動機、永磁同步電機和永磁無刷直流電機。永磁電機其轉(zhuǎn)子為永久磁鋼，具有效率高、功率因數(shù)高、可靠性高、體積小、功率密度大、起動力矩大、噪音小、溫升低等優(yōu)勢。在調(diào)速效果上，比永磁無刷電機和異步電動機調(diào)速范圍更寬，精度更高。因此永磁同步電機廣泛應(yīng)用于高精度傳動系統(tǒng)和精密伺服控制系統(tǒng)當(dāng)中。在控制策略上，目前矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制是比較成熟和主流的方法，基本可以實現(xiàn)永磁同步電機的平滑調(diào)速。但是由于永磁同步電機是一種強耦合、多變量、高階次的非線性系統(tǒng)，系統(tǒng)在運行過程中很容易受到外界環(huán)境影響(如電機本體參數(shù)變化、負載頻繁變化以及電網(wǎng)波動等)，并且多數(shù)情況下電機運行環(huán)境都是比較惡劣的工廠環(huán)境，僅僅通過矢量控制或者直接轉(zhuǎn)矩控制策略，在永磁電機調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及魯棒性上差強人意。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于無源性控制的矩陣變換器-永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)和方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

一種基于無源性控制的矩陣變換器-永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)，包括永磁同步電機PMSM、輸出電流檢測電路、信號調(diào)理電路、控制電路、開關(guān)管驅(qū)動電路、雙向矩陣變換器、無源低通濾波器、電源模塊、輸入電壓檢測電路和三相交流電源；所述控制電路包括負載側(cè)電流極性判斷電路；所述永磁同步電機PMSM分別連接雙向矩陣變換器和輸出電流檢測電路，所述雙向矩陣變換器依次連接無源低通濾波器和三相交流電源，所述無源低通濾波器和三相交流電源之間連接輸入電壓檢測電路，所述輸出電流檢測電路和輸入電壓檢測電路分別通過信號調(diào)理電路連接控制電路，控制電路通過開關(guān)管驅(qū)動電路連接雙向矩陣變換器，所述電源模塊分別為輸出電流檢測電路、信號調(diào)理電路、控制電路、開關(guān)管驅(qū)動電路和輸入電壓檢測電路供電。

基于所述一種基于無源性控制的矩陣變換器-永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)的調(diào)速方法，包括以下步驟：

步驟一、輸出電流檢測電路采集永磁電機定子三相電流i_A、i_B、i_C，經(jīng)過abc/αβ變換，得到α-β坐標(biāo)系下的電流信號i_α、i_β，再經(jīng)過αβ/dq變換，得到d-q坐標(biāo)系下的電流信號i_d、i_q，將i_d、i_q信號和魯棒無源控制器的輸出信號u_d、u_q信號傳輸至自適應(yīng)滑模速度觀測器，經(jīng)過自適應(yīng)滑模速度觀測器運算得到永磁同步電機轉(zhuǎn)速信號觀測值以及轉(zhuǎn)子位置角信號觀測值；