CN101132163B - 具有补偿能力的dtc磁链观测滤波方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有补偿能力的DTC磁链观测滤波方法，其特征在于其包括：依据电机同步转速进行纯积分，计算高通滤波器的截止频率；设定高通滤波器的时间常数；磁链观测值通过依据截止频率和时间常数的高通滤波器输出信号；根据当前定子磁链转速，依据标准波形的频率和幅值，检测当前高通滤波器的幅频和相频特性；生成幅值和相位的补偿矢量；补偿矢量和高通滤波器的输出信号进行合成，生成最终的磁链观测数据。本发明解决了在进行定子磁通观测时应用高通滤波器以消除直流分量和积累误差的同时带来相位和幅值误差的问题；提高了磁链观测的精确度，进一步提高闭环控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有补偿能力的DTC磁链观测滤波方法。属于电机及电力拖动技术领域。
背景技术
异步电动机直接转矩控制技术由于对电机参数依赖小、控制鲁棒性高的优点，日益收到电机调速领域技术人员的关注。而在DTC算法中，最易实现的电压模型磁链观测器由于纯积分器的使用，导致积分的积累误差特别是直流偏置会给磁链的观测精度造成较大影响。例如电压采样、电流采样或定子电阻值的偏差都会导致计算误差的出现，误差的积累甚至导致磁链观测器无法正常使用。对于以上问题，最简单最通用的办法是设计高通滤波器以消除纯积分器造成的直流偏移和积累误差。但是高通滤波器的使用带来了一个新问题----观测磁链和实际磁链相比而言，相位、幅值都发生了变化。除积分器结合高通滤波器的方法外，另一种磁链观测采用低通和纯积分相结合的方式，其缺点是对处理积分漂移和对处理幅值相位关系之间存在矛盾。
发明内容
本发明的目的在于针对以上现有技术存在的缺点，提供一种对高通滤波器使用后测量误差进行实时补偿的磁链观测滤波方法，以降低磁链观测值的误差。
由于变频器在工作中，频率不断发生变化，因此对于固定时间常数的高通滤波器而言，在较长时间中，相频特性和幅频特性将处在较大的动态过程。因此，依据变频器转速动态调整滤波器截止频率，同时依据基波输入信号的频率和幅值，进行实时相频特性和幅频特性检测，并将检测结果用于高通滤波器输出信号的补偿，以提高磁链观测的精确度。
为了达到以上目的，本发明是采取以下的技术方案来实现的：
一种具有补偿能力的DTC磁链观测滤波方法，其包括：
(1)、依据电机同步转速进行纯积分，计算高通滤波器的截止频率；
(2)、设定高通滤波器的时间常数；
(3)、磁链观测值通过依据截止频率和时间常数的高通滤波器输出信号；
(4)、根据当前定子磁链转速，依据标准波形的频率和幅值，检测当前高通滤波器的幅频和相频特性；
(5)、生成幅值和相位的补偿矢量；
(6)、补偿矢量和高通滤波器的输出信号进行合成，生成最终的磁链观测数据；
所述的纯积分环节的输入接口为变频器输出端检测的反向电动势，其输出接口为高通滤波器；所述的补偿矢量和高通滤波器的输出信号进行合成，即将高通滤波器的输出与幅值和相位的补偿矢量进行叠加，作为整个滤波环节输出，其特征在于：所述的幅频和相频特性检测环节的输入接口为同步转速标准信号，输出幅值和相位的补偿矢量。
前述的具有补偿能力的DTC磁链观测滤波方法，其特征在于利用幅频特性和相频特性对高通滤波器的输出进行补偿，根据当前定子磁链转速，用标准信号(标准正弦信号的幅值与定子磁链当前幅值相等，频率与定子磁链当前旋转频率相等)通过高通滤波器环节，生成幅值和相位的补偿矢量；当磁链观测值经过滤波环节后用补偿矢量与之进行合成，生成最终的磁链观测数据。
前述的高通滤波器，其传递函数为
本发明的有益效果是：本发明解决了在进行定子磁通观测时应用高通滤波器以消除直流分量和积累误差的同时带来相位和幅值误差的问题；提高了磁链观测的精确度，进一步提高闭环控制精度。
图1为针对相频特性和幅频特性进行补偿的滤波原理图；
附图说明
图2为根据标准信号生成补偿信号原理图；
图3为相位与幅值补偿矢量原理图。
以下结合附图对本发明作具体的介绍如下：
具体实施方式
图1为针对相频特性和幅频特性进行补偿的滤波原理图，如图所示，高通滤波器的截止频率为电机同步转速的函数。根据当前定子磁链转速，用标准信号(标准信号的幅值与定子磁链当前幅值相等，频率与定子磁链当前旋转频率相等)通过高通滤波器环节，生成幅值和相位的补偿矢量；当磁链观测值经过滤波环节后用补偿矢量与之进行合成，生成最终的磁链观测数据。
由于变频器对电机的控制周期很短，可以近似认为定子磁链轨迹为理想圆形。经仿真研究，在定子磁链一个旋转周期中，磁链频率的波动有限，对滤波函数的幅频特性和相频特性影响很小。因此，每当定子磁链旋转完成一周时，可用当前瞬时定子磁链旋转速度作为下一旋转周期滤波的截止频率预测值和标准信号的预测值。
实施环节一：高通滤波器的传递函数为
ωc为滤波器的截止频率，s为时间常数。由于高通滤波器的使用，时间常数的设定直接关系高通滤波器的滤波效果，因此，在控制系统中，将电机同步转速与滤波器关联。
实施环节二：利用标准信号源去检测当前滤波器的幅频和相频特性并对滤波器的输出信号进行补偿。图2为根据标准信号生成补偿信号原理图，如图所示，当标准信号经过滤波环节后，幅值和相位发生变化，依据变化结果生成补
偿磁链矢量。图3为相位与幅值补偿矢量原理图，如图所示，ΨB为经过高通滤波环节的磁链观测值、Ψc为由标准信号经过滤波环节检测得出的补偿矢量、Ψs为最终磁链观测结果。
上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.具有补偿能力的DTC磁链观测滤波方法，其包括：
(1)、依据电机同步转速进行纯积分，计算高通滤波器的截止频率；
(2)、设定高通滤波器的时间常数；
(3)、磁链观测值通过依据截止频率和时间常数的高通滤波器输出信号；
(4)、根据当前定子磁链转速，依据标准波形的频率和幅值，检测当前高通滤波器的幅频和相频特性；
(5)、生成幅值和相位的补偿矢量；
(6)、补偿矢量和高通滤波器的输出信号进行合成，生成最终的磁链观测数据；
所述的纯积分环节的输入接口为变频器输出端检测的反向电动势，其输出接口为高通滤波器；所述的补偿矢量和高滤波器的输出信号进行合成，即将高通滤波器的输出与幅值和相位的补偿矢量进行叠加，作为整个滤波环节输出；其特征在于：所述的幅频和相频特性检测环节的输入接口为同步转速标准信号，输出幅值和相位的补偿矢量。
2.根据权利要求1所述的具有补偿能力的DTC磁链观测滤波方法，其特征在于利用幅频特性和相频特性对高通滤波器的输出进行补偿，根据当前定子磁链转速，用标准信号通过高通滤波器环节，生成幅值和相位的补偿矢量；当磁链观测值经过滤波环节后用补偿矢量与之进行合成，生成最终的磁链观测数据。
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