[發明專利]工業計量泵電壓補償閉環V/F變頻控制方法

有效

• 申請號: 201810534784.4
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108730150B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 余世明;何德峰;仇翔;吳根忠;宋秀蘭;俞立
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: F04B13/00
• 分類號: F04B13/00;F04B49/06;H02P21/00;H02P21/14;H02P21/18;H02P27/08
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 杜立

本發明公開了一種工業計量泵電壓補償閉環V/F變頻控制方法，針對往復式工業計量泵所承受的非性沖擊負載，采用電壓補償器將開環V/F變頻控制策略變成閉環V/F變頻控制策略，可有效抑制負載變化引起的大幅轉速波動，提高流量的調節精度，減輕電沖擊效應對電機絕緣性和壽命的影響，達到變頻節能的目的。閉環變頻V/F控制策略采用模糊邏輯實現，可適應負載的非線性變化。根據轉速誤差和對應的隸屬度，可構建模糊邏輯表，通過查表獲得電壓補償量，控制算法計算量小，實時性強。

技術領域

本發明涉及工業計量泵的流量控制領域，特別是帶電壓補償的閉環調頻調壓(V/F)控制技術。

背景技術

工業計量泵廣泛應用于石油、化工、水處理、熱力發電、制藥、食品、造紙等流程工業領域。

對流量檢測的目的是將其調節到期望值，對隔膜計量泵的流量實施在線調節的方式本質上有兩種，其一是通過調節往復沖程來調節流量，其二是通過調節往復的頻率來調節流量。針對這兩種調節方式，目前有兩種具體實施方案，現分別介紹如下：

方案一：采用通用變頻器進行控制

該方案屬于調節隔膜計量泵的往復頻率真的方案，其主要優點是：通用變頻器采用矢量控制策略，使驅動電機具有硬的機械特性，在均勻輕載的情況下，動態響應性能力非常好，可保證轉速恒定。缺點是：由于往復式隔膜計量泵承受沖擊性脈動負載，普通變頻器以轉速恒定為控制目標，用大的電磁轉矩變化維持轉速恒定，對于計量泵承受的沖擊負載而言，電沖擊作用大，影響三相異步電機的絕緣性和使用壽命，而且節能效果也差，特別是在負載波動大的情況下，為了甚至連轉速恒定也難以在確保。

方案二：電動沖程調節儀調節方案

電動沖程調節儀由調節機構和控制器構成，屬于調節往復行程的調節方案。其優點是：是調節范圍大，可實現從0-100％滿量程范圍的在線實時調節。缺點是：(1)傳動機構復雜，可靠性差，體積大，不便安裝，成本高；(2)對于一臺流量較大的泵，如果沖程調得小，例如接近于零時，流量也接近于零，但驅動電機仍在額定轉速下運行，近似于做無用功，不利于節能；(3)雖然在轉速恒定的情況下，電動沖程調節儀可估算出流量，但對于計量泵承受的非線性沖擊載而言往往轉速波動較大，因此，使得沖程調節儀的精度難以確保；(4)沖程調節儀調節速度慢，動態響應性能差。

發明內容

為了克服上述兩種方案的缺點，本發明提出一種帶電壓補償的閉環V/F控制策略，可有效抑制轉速的大幅波動，確保調節精度，達到顯著的變頻節能效果。其具體技術方案如下：

一種工業計量泵電壓補償閉環V/F變頻控制方法，針對非線性沖擊負載，V/F電壓補償控制器采用閉環控制確定補償電壓ΔV,然后按下式計算SVPWM控制策略的電壓矢量：

V＝K_vf·f_s+ΔV (1)

式中，n_s為根據流量調節的需要確定的驅動電機的最佳轉速，K_vf為壓頻比，f_s為n_s對應的正弦波頻率(Hz)，p為異步電機的極對數，具有如下關系：

由(2)式可得

根據電壓V利用SVPWM算法確定PWM的占空比，逆變模塊根據PWM占空比將直流母線電壓轉換成三相正弦交流電。

進一步的，為適應負載的非線性變化采用模糊邏輯控制，根據轉速誤差和對應的隸屬度，構建模糊邏輯表，通過查表獲得電壓補償量。

進一步的，在頻率調節過程中不進行電壓補償，當達到期望頻率f_s后，再進行電壓補償，具體如下：