[發(fā)明專利]基于電流預(yù)測的適用于直線感應(yīng)電機(jī)控制的死區(qū)補(bǔ)償方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010563436.7
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111756300B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒會杰;張濤;張吉斌;張瑞峰;詹哲軍;梁海剛
• 申請（專利權(quán)）人: 中車永濟(jì)電機(jī)有限公司
• 主分類號: H02P25/062
• 分類號: H02P25/062;H02P21/00;H02P21/14;H02P27/06
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

1.一種基于電流預(yù)測的適用于直線感應(yīng)電機(jī)控制的死區(qū)補(bǔ)償方法，其特征在于，根據(jù)電機(jī)運(yùn)行的頻率分為低速區(qū)死區(qū)補(bǔ)償策略和高速區(qū)死區(qū)補(bǔ)償策略；

當(dāng)電機(jī)運(yùn)行低速階段，首先將電機(jī)三相電流i_A、i_B和i_C通過三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變化公式得到αβ軸電流i_α和i_β，再將i_α和i_β通過兩相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變化公式得到MT軸電流i_M和i_T；然后將計(jì)算得到的i_M和i_T通過兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變化公式得到預(yù)測的αβ軸電流i_{α_pre}和i_{β_pre}，其中坐標(biāo)變換用到的φ通過φ＝θ+w_sT_s計(jì)算得到，其中，φ是下一拍同步旋轉(zhuǎn)角度，θ是本拍電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)角度，w_s是同步角頻率，T_s是采樣間隔時(shí)間；再通過兩相靜止坐標(biāo)系變換到三相靜止坐標(biāo)系的變化公式得到預(yù)測的電機(jī)三相電流i_{A_pre}、i_{B_pre}和i_{C_pre}；通過計(jì)算得到的i_{A_pre}、i_{B_pre}和i_{C_pre}進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償；具體補(bǔ)償過程如下：主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是三相電壓型逆變器，A、B和C分別代表逆變器的三個(gè)橋臂，V1和V2對應(yīng)A橋臂的兩個(gè)IGBT器件；V3和V4對應(yīng)B橋臂的兩個(gè)IGBT器件；V5和V6對應(yīng)C橋臂的兩個(gè)IGBT器件；

A相通過判斷i_{A_pre}的極性進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償，V_AO代表V1和V2的中間節(jié)點(diǎn)即A點(diǎn)對于接地點(diǎn)O的電壓，是沒有加入死區(qū)的理論電壓波形；當(dāng)i_{A_pre}＞0時(shí)，增加死區(qū)補(bǔ)償后的V1導(dǎo)通的脈沖與V_AO保持一致、V2關(guān)斷的脈沖提前死區(qū)時(shí)間T_dead關(guān)斷；增加死區(qū)補(bǔ)償后的V1關(guān)斷的脈沖與V_AO保持一致、V2導(dǎo)通的脈沖延遲死區(qū)時(shí)間T_dead開通；當(dāng)i_{A_pre}＜0時(shí)，增加死區(qū)補(bǔ)償后的V1導(dǎo)通的脈沖延遲死區(qū)時(shí)間T_dead開通、V2關(guān)斷的脈沖與V_AO保持互補(bǔ)；V1關(guān)斷的脈沖提前死區(qū)時(shí)間T_dead關(guān)斷、V2導(dǎo)通的脈沖與V_AO保持互補(bǔ)；

B相通過判斷i_{B_pre}的極性進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償，具體補(bǔ)償過程與A相相同；C相通過判斷i_{C_pre}的極性進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償；

當(dāng)電機(jī)運(yùn)行高速階段，首先將電機(jī)三相電流i_A、i_B和i_C通過三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變化公式得到αβ軸電流i_α和i_β，再將i_α和i_β通過兩相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變化公式得到MT軸電流i_M和i_T；然后將計(jì)算得到的i_M和i_T通過定子電壓方程計(jì)算得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩預(yù)測電流i_{M_pre}和i_{T_pre}，i_{M_pre}和i_{T_pre}通過兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變化公式得到預(yù)測的αβ軸電流i_{α_pre}和i_{β_pre}，其中坐標(biāo)變換用到的φ通過φ＝θ+w_sT_s計(jì)算得到，其中，φ是下一拍同步旋轉(zhuǎn)角度，θ是本拍電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)角度，w_s是同步角頻率，T_s是采樣間隔時(shí)間；再通過兩相靜止坐標(biāo)系變換到三相靜止坐標(biāo)系的變化公式得到預(yù)測的電機(jī)三相電流i_{A_pre}、i_{B_pre}和i_{C_pre}；通過計(jì)算得到的i_{A_pre}、i_{B_pre}和i_{C_pre}進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償；具體補(bǔ)償過程如下：主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是三相電壓型逆變器，A、B和C分別代表逆變器的三個(gè)橋臂，V1和V2對應(yīng)A橋臂的兩個(gè)IGBT器件；V3和V4對應(yīng)B橋臂的兩個(gè)IGBT器件；V5和V6對應(yīng)C橋臂的兩個(gè)IGBT器件；

A相通過判斷i_{A_pre}的極性進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償，V_AO代表V1和V2的中間節(jié)點(diǎn)即A點(diǎn)對于接地點(diǎn)O的電壓，是沒有加入死區(qū)的理論電壓波形；當(dāng)i_{A_pre}＞0時(shí)，增加死區(qū)補(bǔ)償后的V1導(dǎo)通的脈沖與V_AO保持一致、V2關(guān)斷的脈沖提前死區(qū)時(shí)間T_dead關(guān)斷；增加死區(qū)補(bǔ)償后的V1關(guān)斷的脈沖與V_AO保持一致、V2導(dǎo)通的脈沖延遲死區(qū)時(shí)間T_dead開通；當(dāng)i_{A_pre}＜0時(shí)，增加死區(qū)補(bǔ)償后的V1導(dǎo)通的脈沖延遲死區(qū)時(shí)間T_dead開通、V2關(guān)斷的脈沖與V_AO保持互補(bǔ)；V1關(guān)斷的脈沖提前死區(qū)時(shí)間T_dead關(guān)斷、V2導(dǎo)通的脈沖與V_AO保持互補(bǔ)；

B相通過判斷i_{B_pre}的極性進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償，具體補(bǔ)償過程與A相相同；C相通過判斷i_{C_pre}的極性進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電流預(yù)測的適用于直線感應(yīng)電機(jī)控制的死區(qū)補(bǔ)償方法，其特征在于，

1)低速區(qū)死區(qū)補(bǔ)償策略

在低速階段通過坐標(biāo)變換得到電流預(yù)測值進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償控制，具體過程：

電機(jī)電流從三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)的3/2變化公式：

式中,i_A、i_B和i_C分別代表電機(jī)三相電流；i_α、i_β分別代表兩相靜止αβ坐標(biāo)軸電流；

電機(jī)電流從兩相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的2/2變化公式：

式中,i_α、i_β分別代表αβ坐標(biāo)軸電流；i_M、i_T分別代表兩相旋轉(zhuǎn)MT坐標(biāo)軸電流；θ是本拍電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)角度；

下一拍同步旋轉(zhuǎn)角度變?yōu)棣眨ㄟ^本拍電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)角度θ計(jì)算得到φ，計(jì)算公式：

φ＝θ+w_sT_s (3)

式中，w_s是同步角頻率；T_s是采樣間隔時(shí)間；φ下一拍同步旋轉(zhuǎn)角度；

再通過兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)的變化公式得到αβ坐標(biāo)軸預(yù)測電流i_{α_pre}和i_{β_pre}，兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)的2/2變化公式為：

式中，i_{α_pre}、i_{β_pre}分別代表αβ坐標(biāo)軸預(yù)測電流；

最后通過兩相靜止坐標(biāo)系變換到三相靜止坐標(biāo)的變化公式得到三相靜止坐標(biāo)軸預(yù)測電流i_{A_pre}、i_{B_pre}和i_{C_pre}，電機(jī)電流從兩相靜止坐標(biāo)系變換到三相靜止坐標(biāo)的2/3變化公式：

式中，i_{A_pre}、i_{B_pre}和i_{C_pre}分別代表電機(jī)三相預(yù)測電流；

2)高速區(qū)死區(qū)補(bǔ)償策略

直線感應(yīng)電機(jī)考慮端部效應(yīng)的T型等效電路中，L_m，L_sσ，L_rσ，R_s，R_r分別表示速度為零時(shí)的勵(lì)磁電感，初級漏感，次級漏感，初級電阻，次級電阻；次級端部渦流損耗以勵(lì)磁支路電阻表征，勵(lì)磁電感也隨初級速度v變化；勵(lì)磁支路電阻與勵(lì)磁電感的變化規(guī)律為R_rf(Q)，L_m(1-f(Q))，其中，

式中，D是初級有效長度；v是初級速度；轉(zhuǎn)子電感L_r＝L_rσ+L_m；

直線感應(yīng)電機(jī)的磁鏈方程如下：

式中，ψ_M、ψ_T是定子M軸和T軸磁鏈；i_M、i_T是定子M軸和T軸電流；ψ_m是轉(zhuǎn)子M軸磁鏈；i_m、i_t是轉(zhuǎn)子M軸和T軸電流；等效互感L'_m＝L_m(1-f(Q))；等效定子電感L'_s＝L_sσ+L_m(1-f(Q))；等效轉(zhuǎn)子電感L'_r＝L_rσ+L_m(1-f(Q))；

由于電機(jī)速度較高，電阻上的壓降可以忽略，省略電阻壓降的定子電壓方程如下：

式中,u_M、u_T分別代表省略電阻壓降的MT坐標(biāo)軸電壓；w_s代表定子角頻率；p代表微分；

將電機(jī)三相電流三相電流i_A、i_B和i_C通過三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)的變化公式得到i_α和i_β，再將i_α和i_β通過兩相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的變化公式得到i_M和i_T；

勵(lì)磁電流變化率通過本拍勵(lì)磁電流i_M和預(yù)測值i_{M_pre}得到，如公式(11)所示；同理轉(zhuǎn)矩電流變化率計(jì)算公式如(12)所示；

式中,i_{M_pre}、i_{T_pre}分別代表MT坐標(biāo)軸預(yù)測電流；i_M、i_T代表本拍MT坐標(biāo)軸電流；T_s是采樣間隔時(shí)間；

將式(11)和(12)帶入式(9)和(10)可得

通過上式得到勵(lì)磁電流預(yù)測值i_{M_pre}和轉(zhuǎn)矩電流預(yù)測值i_{T_pre}；

下一拍同步旋轉(zhuǎn)角度變?yōu)棣眨ㄟ^本拍電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)角度θ計(jì)算得到φ，計(jì)算公式：

φ＝θ+w_sT_s (15)

式中，w_s是同步角頻率；θ是本拍電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)角度；φ下一拍同步旋轉(zhuǎn)角度；

再通過兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)的變化公式得到αβ坐標(biāo)軸預(yù)測電流i_{α_pre}和i_{β_pre}，兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)的變化公式為：

式中，i_{M_pre}、i_{T_pre}分別代表MT坐標(biāo)軸預(yù)測電流；i_{α_pre}、i_{β_pre}分別代表αβ坐標(biāo)軸預(yù)測電流；

最后通過兩相靜止坐標(biāo)系變換到三相靜止坐標(biāo)的變化公式得到三相靜止坐標(biāo)軸預(yù)測電流i_{A_pre}、i_{B_pre}和i_{C_pre}，電機(jī)電流從兩相靜止坐標(biāo)系變換到三相靜止坐標(biāo)的變化公式：

式中，i_{A_pre}、i_{B_pre}和i_{C_pre}分別代表電機(jī)三相預(yù)測電流。