CN101667803A - 一种异步电机直接转矩控制系统中的转速调节方法 - Google Patents
一种异步电机直接转矩控制系统中的转速调节方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种异步电机直接转矩控制系统中的转速调节方法，通过对直接转矩控制系统中的传统PI速度调节器进行改造，得到了新的速度调节IP控制方法，使速度响应时间加快，超调减小甚至无超调，又增强了系统的抗扰性能，从而进一步提高了异步电机直接转矩控制系统对转速控制的快速性、准确性和鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制方法，尤其是涉及一种异步电机直接转矩控制系统中的转速调节方法。
背景技术
当前，直接转矩控制具有控制思想新颖、结构简单、手段直接、物理概念明确、响应迅速的特点，是一种高静态和动态性能的交流调速方法，因此正在被交流调速系统所采用。然而直接转矩控制系统中的速度调节器一般采用传统PI控制器，虽然它具有良好的动态和静态性能，但是PI控制还有经常被人忽略的缺陷，如在速度给定阶跃变化时速度超调过大，特别是在需要频繁启制动的场合，太大的速度超调将严重影响控制效果甚至损坏机械设备；而在设计PI控制器时，若使响应的超调很小，则系统对负载扰动的响应又将变得迟缓，两者难以兼顾。如果采用其它的控制策略如自适应控制、智能控制等目前还不太现实，技术难度大，成本高，因而使直接转矩控制的优良性能大打折扣。
发明内容
本发明是针对现有直接转矩控制系统中传统PI控制器在快速跟踪性能和强抗扰能力不能兼得的问题，而提出一种异步电机直接转矩控制系统中的转速调节方法，提出用新的IP控制方法对速度调节环进行改造，该控制方法可有效提高交流电机直接转矩控制系统动态和稳态性能。
本发明的技术方案为：一种异步电机直接转矩控制系统中的转速调节方法，在直接转矩控制方式运行下，电机转子经过速度传感器测得转子角速度，转换为实际转速后，将实际转速和给定转速差值进行积分调节，形成一个含有积分的负反馈，所述积分负反馈与实际转速在内部再次进行比例负反馈，使得转速不断逼近于给定转速，最终转速差值为零，达到给定转速。本发明的有益效果在于：本发明异步电机直接转矩控制系统中的转速调节方法，在有效提高系统的快速跟踪性能的同时，可使系统几乎无超调，因而可以大幅提高直接转矩控制调速系统的起动性能和抗扰能力。
附图说明
图1是本发明异步电机直接转矩控制系统中的转速调节方法中IP控制闭环控制原理图；
图2是本发明异步电机直接转矩控制系统中的转速调节方法中IP控制示意图；
图3是本发明异步电机直接转矩控制系统中的转速调节方法应用于直接转矩变频调速系统示意图；
图4是本发明应用异步电机直接转矩控制系统中的转速调节方法后电机起动转速图；
图5是本发明电机起动过程转速波形IP控制与现有技术的PI控制的比较图；
图6是本发明电机负载突变过程的转速波形IP控制与现有技术的PI控制的比较图；
图7是本发明应用异步电机直接转矩控制系统中的速度调节方法后电机起动过程的转矩波形图。
具体实施方式
如图1所示IP控制闭环控制原理图所示，将传统PI控制器中的比例控制环节由前向通道移到反馈通道，经过结构的改变，形成一种新型的IP控制器。
IP控制系统闭环传递函数为：Gb(s)＝kIGp(s)/[kIGp(s)+(1+kpGp(s))s]上式中：Gp(s)、Gb(s)分别表示被控对象的传递函数和闭环的传递函数；kp为比例增益，kI积分增益，IP控制系统闭环传递函数中没有零点，由于比例环节移到反馈通道中，IP控制时先起积分作用后起比例作用，超调量将会减小甚至消失。
图2为IP控制器结构图。图中采用IP结构，1为给定转速，2为实际转速，在IP控制中，仅有积分项I作用于给定1与实际2速度的误差，而比例环节P只对实际速度2起作用。这样，经过转速环节的调节作用，得到转矩信号。因此，在速度调节过程中，即使速度给定有较大的阶跃，其输出也不会出现PI控制中所出现的超调，这是IP控制的一个十分良好的特点，这一性能将在以下仿真结果中得到验证。
图3为该发明在直接转矩变频调速系统中的应用，直接转矩变频调速系统为高性能变频调速技术，它控制响应快，高速下转矩、转速非常稳定。图3中直接转矩控制系统由坐标变换、定子磁链计算、定子磁链调节、转矩调节、转速IP调节、磁链区间判断、开关表选择及PWM脉冲产生等几个部分组成。坐标变换将电机定子端三相电压、电流变成两相数值，转速IP调节根据实时反馈的电机转速计算出给定转矩，然后在两相静止坐标系下计算出定子磁链和电磁转矩，通过定子磁链调节和转矩调节模块，及磁链区间判断模块，输出开关信号给开关表选择及PWM脉冲函数产生适当的PWM脉冲信号，从而得到正确的电机定子端三相电压，时的保证电机定子磁链和转矩能维持在给定值。
当速度给定发生阶跃变化时，IP控制中积分调节器作用于速度误差(n*-n)，结果导致IP控制中不会出现的较大超调，减少调节时间，提高异步电机直接转矩控制的快速性，减少转速波动。实验结果有效的验证了该方法能提高直接转矩控制系统的快速跟踪性能，还可以大大提高系统的抗扰能力，更加有效的提高直接转矩控制的控制性能。
图4为采用此发明后的电机起动转速波形图。从图中可以看出，采用IP控制后，转速快速上升到给定转速，没有出现超调，这一点是PI控制所难以实现的。
图5为两种不同控制方式下的电机起动转速对比波形图。从图中可以看出，PI控制在响应上显然超调较大，而IP控制可以近似无超调，不需要调整时间，直接进入稳定运行状态。
图6为采用此发明后的负载突变电机转速波形图。在0.2s的时候负载突然增加，转速出现抖动，很快又恢复到给定值上，且非常平稳。经对比，IP控制比PI控制的转速波动小，恢复时间短，显示了采用此发明后可以提高系统的抗扰能力，从而具有良好的动态特性。
图7为应用IP控制器后测得转矩图。由图可知，在电机起动后，输出转矩快速上升到最大值，并且保持该值，使得电机以最大加速度起动，减少起动时间。
Claims (1)
1、一种异步电机直接转矩控制系统中的转速调节方法，其特征在于，在直接转矩控制方式运行下，电机转子经过速度传感器测得转子角速度，转换为实际转速后，将实际转速和给定转速差值进行积分调节，形成一个含有积分的负反馈，所述积分负反馈跟实际转速在内部再次进行比例负反馈，使得转速不断逼近于给定转速，最终转速差值为零，达到给定转速。
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| CN200910195204A CN101667803A (zh) | 2009-09-07 | 2009-09-07 | 一种异步电机直接转矩控制系统中的转速调节方法 |
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| CN200910195204A CN101667803A (zh) | 2009-09-07 | 2009-09-07 | 一种异步电机直接转矩控制系统中的转速调节方法 |
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| CN200910195204A Pending CN101667803A (zh) | 2009-09-07 | 2009-09-07 | 一种异步电机直接转矩控制系统中的转速调节方法 |
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|---|---|
| CN (1) | CN101667803A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102811014A (zh) * | 2012-07-31 | 2012-12-05 | 深圳市汇川技术股份有限公司 | Pi调节器实现系统及方法 |
| CN105680749A (zh) * | 2016-03-31 | 2016-06-15 | 中车永济电机有限公司 | 一种内燃机车异步电机模糊速度器控制方法 |
| CN112636650A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-04-09 | 上海汽车集团股份有限公司 | 一种新能源电动卡车电机控制器调速系统 |
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2009
- 2009-09-07 CN CN200910195204A patent/CN101667803A/zh active Pending
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