CN103501136A - 一种多电机同步协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多电机同步协调控制方法，步骤包括：获取转矩电流的给定值、获取励磁电流和转矩电流反馈值、转矩电流给定值的传输、获取各电机的电流控制量、脉冲控制信号对各电机进行控制等步骤；所述变频器为主从变频器，包括主变频器和从变频器，主变频器是主电机变频器，从变频器是从电机变频器；所述主从控制是变频器之间进行的控制。本发明方法通过对变频器控制单元的协调控制，使多台电机工作在同步状态；在算法中采用共用的转速环产生每个变频器跟踪转矩电流，该值通过CAN总线的方式进行通讯传输，可减小延时，提高了系统的协调性能和可靠性能；本发明方法既保证多台电机转速相同，又保证负荷在多个电机之间合理分配。

Description

一种多电机同步协调控制方法

技术领域

本发明涉及一种多电机同步协调控制方法，属于电机控制技术领域，特别适用于交流电机传动场合，包括船舶推进、轨道交通等多电机传动场合。

背景技术

随着多电机传动的广泛应用，多电机同步协调控制成为工业生产控制中备受关注的问题。由于生产的需要，一般情况下控制驱动轴的各电机之间相互独立，而生产工艺的效率与产品质量与驱动电机的控制性能密切相关，对变频器的并联协调控制提出了更高的要求。利用变频技术实现多电机并联的传动系统已经发展出几种不同的同步控制策略，主要包括统一给定控制、主从控制、虚拟总轴控制和交叉耦合控制等。目前，在国内多电机传动控制的专利很少，主要以外围PLC对控制流程的介绍为主，介绍多电机传动的文献也以传统的主从控制等方法居多。现有技术的主、从电机的同步协调控制性能存在不足，其中，多电机并联协调控制利用主电机的输出作为从电机的输入，使从电机跟随主电机，但当主电机出现负载突变或速度跳变时，主电机因为没有从电机的任何反馈信息，因而造成了电机的失同步。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术弊端，采用变频调速技术，采取转矩电流跟随控制，从电机的跟随量不再是主电机的输出，而是控制主电机运行的一个量—转矩电流，这样使主、从机电机同步控制系能更加优异，也减小环流对系统的影响；主从变频器之间的转矩电流通过CAN总线进行通讯传输，延时短，提高协调性能，也提高系统的稳定性。

本发明的技术方案是： 

一种多电机同步协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、             获取转矩电流的给定值：根据主变频器转速外环的给定值和反馈值，进行PI调节以后得到转矩电流的给定值                                                ；

B、             获取励磁电流和转矩电流反馈值：检测每个电机的输出三相电流，经过坐标变换得到反馈的励磁电流和转矩电流反馈值；

C、             转矩电流给定值的传输：主从控制之间的转矩电流的给定值

通过CAN总线通讯方式在各电机之间进行传输；

D、             获取各电机的电流控制量：转矩电流给定值分别与主从电机的反馈转矩电流值进行比较，进行转矩电流环的PI控制以后得到各电机的电流控制量；

E、              脉冲控制信号对各电机进行控制：经过矢量控制得到各变频器的交流电压参考值，通过PWM调制方式，发出驱动脉冲控制信号对各电机进行控制；

所述变频器为主从变频器，包括主变频器和从变频器，主变频器是主电机变频器，从变频器是从电机变频器；所述主从控制是变频器之间进行的控制。

进一步的技术方案是：

所述的多电机同步协调控制方法，所述主从控制为1台主变频器与多台从变频器控制；每台变频器之间通过光纤连接。 

所述的多电机同步协调控制方法，其主从变频器均采用双环控制，主变频器经过转速环控制以后将输出的转矩电流给定值作为从变频器转矩电流内环的给定值。

所述的多电机同步协调控制方法，所述主从控制，其主从变频器之间通过CAN总线方式进行通讯；通过软件编程来避免协调控制中的通讯延时；通过软件结构消除通讯延时对主从协调控制同步性的影响，使各变频器之间负荷平均分配。

所述的多电机同步协调控制方法，其主从变频器之间通过CAN总线方式进行通讯是双CAN传输方式，用于保证通讯的可靠性。

所述的多电机同步协调控制方法，当主变频器发生故障时，通过软件的方式进行判断，将主变频器退出，并通过编程将其中一个从变频器设置为主变频器，保证系统在降额后还能稳定运行，使系统具备冗余纠错能力。

对本发明的技术方案、原理及技术效果作说明如下：

本发明的主从电机均采用矢量控制策略。主电机整个控制分为转速检测环节，转速调节环节，转矩电流调节环节，以及矢量控制调制环节。从电机控制无转速检测和调节环节。主电机控制器经过转速检测和转速环调节，得到转矩电流分量给定值，该给定值可以通过一定的比例系数通过光纤通讯的方式传递给各从变频器，使各从逆变器可以按照给定值分配负荷。采样电流经过坐标变换之后得到转矩电流反馈值，经过电流调节环节得到给定电压。给定电压经过坐标变换之后，经过调制环节，得到功率开关器件控制信号，用于控制功率器件开通和关断，使变频器输出适当电压，实现电机并联调速运行。根据协调控制要求，每台电机选用功能完全一样的控制器，控制器中设置一个主控制器，控制器之间通过CAN总线交换数据，如：主机转速环得到的转矩电流给定值可以通过CAN总线传输，实现协调控制，同时，从控制器也起到热备份作用，当主变频器控制器损坏后可在线切换主控制器。因此，本发明方法技术效果主要体现在：通过对变频器控制单元的协调控制，使多台电机工作在同步状态；在算法中采用共用的转速环产生每个变频器跟踪转矩电流，该值通过CAN总线的方式进行通讯传输，可减小延时，提高了系统的协调性能和可靠性能；本发明方法既保证多台电机转速相同，又保证负荷在多个电机之间合理分配。

附图说明

图1为本发明的系统原理图；

图2为本发明的CAN总线控制组成示意图。

具体实施方式

结合附图和实施例对发明作进一步说明如下:

实施例1：为本发明的基本实施例。如图所示，一种多电机同步协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、获取转矩电流的给定值：根据主变频器转速外环的给定值和反馈值，进行PI调节以后得到转矩电流的给定值；

B、获取励磁电流和转矩电流反馈值：检测每个电机的输出三相电流，经过坐标变换得到反馈的励磁电流和转矩电流反馈值；

C、转矩电流给定值的传输：主从控制之间的转矩电流的给定值

通过CAN总线通讯方式在各电机之间进行传输；

D、获取各电机的电流控制量：转矩电流给定值分别与主从电机的反馈转矩电流值进行比较，进行转矩电流环的PI控制以后得到各电机的电流控制量；

E、脉冲控制信号对各电机进行控制：经过矢量控制得到各变频器的交流电压参考值，通过PWM调制方式，发出驱动脉冲控制信号对各电机进行控制；

所述变频器为主从变频器，包括主变频器和从变频器，主变频器是主电机变频器，从变频器是从电机变频器；所述主从控制是变频器之间进行的控制。

实施例2：为本发明在实施例1基础上进一步的实施例，与实施例1不同的是：所述的多电机同步协调控制方法，主从控制为1台主变频器与多台从变频器控制；每台变频器之间通过光纤连接，为使逆变单元拥有良好的驱动兼容性，能多单元并联驱动或单独驱动，这样即可以扩大系统的驱动能力，也可以保证设备的冗余性； 主从变频器均采用双环控制，主变频器经过转速环控制以后将输出的转矩电流给定值作为从变频器转矩电流内环的给定值；用于将主变频器控制的一个过程量作为从变频器的给定值，使主从变频器控制的同步性能更好，而且控制转矩电流，控制各变频器输出的转矩，达到负荷分配的目的。所述主从控制，其主从变频器之间通过CAN总线方式进行通讯；通过软件编程来避免协调控制中的通讯延时；通过软件结构消除通讯延时对主从协调控制同步性的影响，使各变频器之间负荷平均分配。所述的主从变频器之间通过CAN总线方式进行通讯是双CAN传输方式，用于保证通讯的可靠性。所述的多电机同步协调控制方法，当主变频器发生故障时，通过软件的方式进行判断，将主变频器退出，并通过编程将其中一个从变频器设置为主变频器，保证系统在降额后还能稳定运行，使系统具备冗余纠错能力。

结合本发明工作过程对本发明技术方案和效果再作说明如下：

如图1所示，具体过程为：首先在主控制器将转速指令值与转速检测环节检测到的实际转速值送至速度调节器，在速度调节器中进行PI控制以后得到转矩电流给定值

。转矩电流给定值通过CAN总线传输的方式将该值传递给各从变频器控制器。每个电机实际采样电流经过帕克变换与克拉克变换得到转矩电流实际值，该值与转矩电流给定值

在转矩电流控制器中进行PI控制。该输出通过PWM调制方式得到开关器件的控制信号。协调控制数据通讯存在时间延时，采用高速的CAN通讯尽管能减小通讯延时时间，但是无法消除延时时间带来的影响，可采取补偿延时时间来消除该影响，从软件结构上避免延时时间带来的影响，针对操作指令和协调参数采用统一接收，下一周期才起作用的思想，因此，变频器控制器间同步的前提是一个数据包（5个字节）通讯时间比软件执行周期短，这对于高速的CAN通讯很容易做到。确定主控制器后，读出主控制器的操作指令和协调指令作为有效指令。当读取到操作指令，程序响应操作；当读取到通道协调值，计算主控制器和从控制器的协调值的差值，并采用斜坡处理，逐步让从控制器的值向主控制器的值靠拢，保证了各变频器间功率分配均衡，电流大小一致。通过接受上位机传送过来的操作指令和参数，每个控制器采用定时发送，实时编码（只有主控制器才发送，减少CAN总线通讯量）。对CAN通讯均采用参数长度、通讯固有校正措施两重校正，正确后才保存使用；同时CAN采用双CAN通讯，避免因为CAN模块坏掉导致整个系统瘫痪，提高通讯可靠性。每个控制器通过CAN中断接收到发送过来的信号后读取参数，当读到数据后保存到相应数组，通过解码程序进行处理，经过事先约定好的优先级别进行仲裁，对于优先级别高的且申请当主控制器的同意当主控制器，同时读出故障从变频器信息，修改故障后程序中需变化的参数，加入斜坡处理，逐渐调节到修改后的值。主控通道采取竞争模式，当某一通道故障后执行故障处理，进入了保护模式，并退出主控制权限竞争，故障复位后重新开始竞争。

本发明的权利要求保护范围不限于上述实施例。

Claims (6)

1.一种多电机同步协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取转矩电流的给定值：根据主变频器转速外环的给定值和反馈值，进行PI调节以后得到转矩电流的给定值                                               ；

获取励磁电流和转矩电流反馈值：检测每个电机的输出三相电流，经过坐标变换得到反馈的励磁电流和转矩电流反馈值；

转矩电流给定值的传输：主从控制之间的转矩电流的给定值

通过CAN总线通讯方式在各电机之间进行传输；

获取各电机的电流控制量：转矩电流给定值分别与主从电机的反馈转矩电流值进行比较，进行转矩电流环的PI控制以后得到各电机的电流控制量；

脉冲控制信号对各电机进行控制：经过矢量控制得到各变频器的交流电压参考值，通过PWM调制方式，发出驱动脉冲控制信号对各电机进行控制；

所述变频器为主从变频器，包括主变频器和从变频器，主变频器是主电机变频器，从变频器是从电机变频器；所述主从控制是变频器之间进行的控制。

2.根据权利要求1所述的多电机同步协调控制方法，其特征在于，所述主从控制为1台主变频器与多台从变频器控制；每台变频器之间通过光纤连接。

3.根据权利要求1所述的多电机同步协调控制方法，其特征在于，主从变频器均采用双环控制，主变频器经过转速环控制以后将输出的转矩电流给定值作为从变频器转矩电流内环的给定值。

4.根据权利要求2所述的多电机同步协调控制方法，其特征在于，所述主从控制，其主从变频器之间通过CAN总线方式进行通讯；通过软件编程来避免协调控制中的通讯延时；通过软件结构消除通讯延时对主从协调控制同步性的影响，使各变频器之间负荷平均分配。

5.根据权利要求4所述的多电机同步协调控制方法，其特征在于，主从变频器之间通过CAN总线方式进行通讯是双CAN传输方式，用于保证通讯的可靠性。

6.根据权利要求2所述的多电机同步协调控制方法，其特征在于，当主变频器发生故障时，通过软件的方式进行判断，将主变频器退出，并通过编程将其中一个从变频器设置为主变频器，保证系统在降额后还能稳定运行，使系统具备冗余纠错能力。