[發(fā)明專利]交流電機(jī)電流動態(tài)控制性能通用化評價標(biāo)準(zhǔn)與評估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110548069.8
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113595463B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫興法;朱俊杰;許金;肖歡;鄭欣良;韓一;吳振興;芮萬智;孫文;吳延好;馬銳鋒;梁英杰;王路;李想;韓正清
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍海軍工程大學(xué)
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝;張繼巍

1.一種交流電機(jī)電流動態(tài)控制性能通用化評估方法，其特征在于：所述通用化評估方法具體如下：

S1)建立交流電機(jī)的等效降階復(fù)矩陣動態(tài)數(shù)學(xué)模型G_m、電流動態(tài)控制算法的復(fù)矩陣動態(tài)數(shù)學(xué)模型G_c、交流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)延時數(shù)學(xué)模型G_t；

S2)根據(jù)交流電機(jī)等效降階復(fù)矩陣動態(tài)數(shù)學(xué)模型G_m、電流動態(tài)控制算法的復(fù)矩陣動態(tài)數(shù)學(xué)模型G_c、交流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)延時數(shù)學(xué)模型G_t，建立交流電機(jī)電流動態(tài)控制算法關(guān)于初級電流復(fù)矢量的閉環(huán)傳遞函數(shù)復(fù)矩陣模型G；

S3)根據(jù)交流電機(jī)的實時驅(qū)動需求F_cmd(t)、基于次級磁場定向矢量控制理論，計算初級電流復(fù)矢量指令I(lǐng)_cmd(t)；

S4)電流動態(tài)控制算法動態(tài)響應(yīng)綜合性能的全面評估；

所述步驟S1)中，建立交流電機(jī)的等效降階復(fù)矩陣動態(tài)數(shù)學(xué)模型G_m具體過程為：將交流電機(jī)的初級電壓復(fù)矢量實際值與初級電流復(fù)矢量實際值代入交流電機(jī)的電壓方程和磁鏈方程，建立交流電機(jī)的等效降階復(fù)矩陣動態(tài)數(shù)學(xué)模型G_m，且滿足U＝G_mI；U為交流電機(jī)的初級電壓復(fù)矢量實際值、I為初級電流復(fù)矢量實際值：

其中，j為復(fù)數(shù)因子；

交流電機(jī)的電壓方程和磁鏈方程如下：

電壓方程：

磁鏈方程：

其中，u_ds1、u_ds2分別為第1套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓D軸分量實際值和第2套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓D軸分量實際值；u_qs1、u_qs2分別為第1套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓Q軸分量實際值和第2套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓Q軸分量實際值；i_ds1、i_ds2分別為第1套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流D軸分量實際值和第2套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流D軸分量實際值；i_qs1、i_qs2分別為第1套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流Q軸分量實際值和第2套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流Q軸分量實際值；分別為第1套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的磁鏈D軸分量實際值、第2套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的磁鏈D軸分量實際值；分別為第1套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的磁鏈Q(jìng)軸分量實際值和第2套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的磁鏈Q(jìng)軸分量實際值；R_s為初級電阻實際值；ω_e為同步旋轉(zhuǎn)角速度；s為微分算子；R_r為次級電阻實際值；i_dr為次級等效三相繞組電流D軸分量實際值；i_qr為次級等效三相繞組電流Q軸分量實際值；為次級等效三相繞組磁鏈D軸分量實際值；為次級等效三相繞組磁鏈Q(jìng)軸分量實際值；ω_sl為轉(zhuǎn)差角速度，ω_sl＝ω_e-ω_r，ω_r為轉(zhuǎn)子角速度；L_s為初級電感實際值，L_s＝L_m+L_ls，L_ls為初級漏感實際值，L_m為交流電機(jī)的互感實際值；L_r為次級電感實際值，L_r＝L_m+L_lr，L_lr為次級漏感實際值；

將交流電機(jī)的初級電壓復(fù)矢量實際值U與初級電流復(fù)矢量實際值I代入電壓方程和磁鏈方程，得：

式中上標(biāo)T代表向量轉(zhuǎn)置運算，其它中間變量R_s、L₂、I₂、α、β定義如下：

其中，T_r＝L_r/R_r為交流電機(jī)的次級時間常數(shù)實際值；

由此可得交流電機(jī)的等效降階復(fù)矩陣動態(tài)數(shù)學(xué)模型G_m如下式所示：

且滿足U＝G_mI

所述步驟S1)中，建立電流動態(tài)控制算法的復(fù)矩陣動態(tài)數(shù)學(xué)模型G_c具體過程為：將交流電機(jī)的初級電壓復(fù)矢量指令值、初級電流復(fù)矢量指令值與初級電流復(fù)矢量實際值代入電流動態(tài)控制算法的輸入輸出調(diào)節(jié)關(guān)系式，建立電流動態(tài)控制算法的復(fù)矩陣動態(tài)數(shù)學(xué)模型G_c，且滿足U_cmd＝G_c(I_cmd-I)，U_cmd為初級電壓復(fù)矢量指令值、I_cmd為初級電流復(fù)矢量指令值：

其中，j為復(fù)數(shù)因子；

電流動態(tài)控制算法采用的是電流偏差解耦動態(tài)控制算法，電流偏差解耦動態(tài)控制算法的輸入輸出關(guān)系式如下：

其中，u_{ds1_cmd}、u_{ds2_cmd}分別為第1套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓D軸分量指令值和第2套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓D軸分量指令值；u_{qs1_cmd}、u_{qs2_cmd}分別為第1套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓Q軸分量指令值和第2套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓Q軸分量指令值；i_{ds1_cmd}、i_{ds2_cmd}分別為第1套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流D軸分量指令值和第2套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流D軸分量指令值；i_{qs1_cmd}、i_{qs2_cmd}分別為第1套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流Q軸分量指令值和第2套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流Q軸分量指令值；i_ds1、i_ds2分別為第1套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流D軸分量實際值和第2套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流D軸分量實際值；i_qs1、i_qs2分別為第1套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流Q軸分量實際值和第2套三相繞組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流Q軸分量實際值；ω_c為電流控制的截止頻率；s為微分算子；ω_e為同步旋轉(zhuǎn)角速度；

式中中間變量R_{s_e}、L_{2_e}定義如下：

其中，R_{s_e}為初級電阻辨識值；L_{m_e}為交流電機(jī)的互感辨識值；L_{s_e}為初級電感辨識值，L_{s_e}＝L_{m_e}+L_{ls_e}，L_{ls_e}為初級漏感辨識值；L_{r_e}為次級電感辨識值，L_{r_e}＝L_{m_e}+L_{lr_e}，L_{lr_e}為次級漏感辨識值；

將交流電機(jī)的初級電壓復(fù)矢量指令值、初級電流復(fù)矢量指令值與初級電流復(fù)矢量實際值代入電流偏差解耦動態(tài)控制算法的輸入輸出關(guān)系式得：

則可得電流動態(tài)控制算法的復(fù)矩陣動態(tài)數(shù)學(xué)模型G_c如下式所示：

且滿足U_cmd＝G_c(I_cmd-I)

所述步驟S1)中，建立交流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)延時數(shù)學(xué)模型G_t具體過程為：根據(jù)交流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中初級電壓復(fù)矢量指令值U_cmd與初級電壓復(fù)矢量實際值U之間的延時關(guān)系，建立交流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)延時數(shù)學(xué)模型G_t，且滿足U＝G_tU_cmd；

假設(shè)從電流動態(tài)控制算法輸出初級電壓指令到驅(qū)動變頻器執(zhí)行調(diào)制策略輸出實際電壓的延時為T_d，忽略逆變器的非線性影響，則在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，交流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)初級電壓指令與實際初級電壓的關(guān)系如下：

將交流電機(jī)的初級電壓復(fù)矢量指令值與初級電壓復(fù)矢量實際值代入交流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)初級電壓指令與實際初級電壓的關(guān)系式可得：

由此可得交流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)延時數(shù)學(xué)模型如下所示：

且滿足U＝G_tU_cmd。