CN104868810A - 一种异步电机的控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种异步电机的控制装置，包括采集模块、处理模块和驱动模块，驱动模块包括逆变器。采集模块用于实时采集三相定子的电流信号 、、和转速信号，处理模块用于根据三相定子电压信号计算机端虚拟磁链得到给定的定子电流轴分量，对给定的转矩信号和观测到的电磁转矩信号的差值进行PI控制，获得给定的定子电流轴分量，根据、以及机端虚拟磁链位置角计算被控电机三相定子给定的电流信号、和，对与的差值、与的差值以及与的差值进行PI控制，获得PWM开关信号，驱动模块用于根据PWM开关信号驱动被控电机。本申请还公开一种异步电机的控制方法。本申请提升了电机控制系统的稳定性和鲁棒性。
Description
技术领域
本申请涉及电机控制领域，特别是一种异步电机的控制装置及方法。
背景技术
电能是当今最主要的能源，同时也是浪费最多的能源。对我国社会总用电量而言，工业领域中的电机系统占据了其中的大部分，而电机使用过程中，由于控制设备陈旧、电机控制方法落后等原因导致电能的利用率低下，大量的电能在使用过程中被浪费掉。因此，电机调高性能速控制市场潜力巨大。
交流电机高性能调速大多采用变频调速方法，其中矢量控制技术将交流调速系统的非线性时变特性转换成近似直流调速系统的特性，采用直流电机的控制方法，对转矩电流和励磁电流进行解耦控制，得到与直流调速性能相媲美的交流调速性能，目前，矢量控制已成为交流传动领域的主要控制方法。常用的矢量控制一般采用转子磁链定向控制或者定子磁链定向控制，其中基于转子磁链定向的矢量控制定子电流转矩/励磁分量无耦合作用，实施转矩和励磁控制设计简单，具有极好的动、稳态控制精度，其主要存在的问题是温度变化或者磁饱和导致转子时间常数发生变化而影响其控制性能。而基于定子磁链定向的矢量控制则不受转子时间常数变化的影响，但其转矩和励磁控制具有耦合作用，需要进行解耦控制设计。
因而，上述两种矢量控制方案的准确性都依赖于电机磁链观测的准确性。但是，常规的矢量控制中磁链观测依赖于电机模型，其使用的电机参数是固定的，如定子电阻、转子电阻、定子电感或转子电感等电机参数。而异步电动机运行过程中，由于温度等工况状态的变化，电机相关参数将发生变化，导致常规矢量控制中磁链观测器的电机参数与实际运行的电机参数出现误差，从而降低了电机控制系统的稳定性和鲁棒性。
发明内容
本申请提供一种异步电机的控制装置及方法，解决现有技术中，因磁链观测使用的电机参数与实际运行的电机参数出现误差而降低电机控制系统的稳定性和鲁棒性的问题。
根据本申请的第一方面，本申请提供一种异步电机的控制装置，包括彼此电连接的采集模块、处理模块和驱动模块，驱动模块包括逆变器，逆变器和采集模块均用于与被控电机电连接，采集模块还与驱动模块电连接；
采集模块用于实时采集被控电机三相定子的电流信号 、、和转速信号，并将采集到的被控电机三相定子的电流信号、、和转速信号发送至处理模块;
处理模块用于根据获取的三相定子电压信号、和计算机端虚拟磁链对给定磁链与观测到的机端虚拟磁链的差值进行PI控制，得到给定的定子电流轴分量;被控电机三相机端虚拟磁链的计算式为：
；
被控电机机端虚拟磁链的幅值和位置角为：
，；
处理模块还用于对给定的转速信号和实际的转速信号的差值进行PI控制，得到给定的转矩信号，对给定的转矩信号和观测到的电磁转矩信号的差值进行PI控制，获得给定的定子电流轴分量;
观测到的电磁转矩信号的计算式为，为被控电机的极对数，为定子电流q轴分量；
处理模块还用于根据给定的定子电流轴分量和轴分量，以及被控电机机端虚拟磁链位置角，计算被控电机三相定子给定的电流信号、和；
处理模块用于对与实际定子电流信号之间的差值、与实际定子电流信号之间的差值以及与实际定子电流信号之间的差值进行PI控制，获得PWM开关信号，并将获得的PWM开关信号发送至驱动模块；
驱动模块用于根据PWM开关信号驱动被控电机。
根据本申请的第二方面，本申请提供一种异步电机的控制方法，包括以下步骤：
采集模块实时采集被控电机三相定子的电流信号、、和转速信号，并将采集到的被控电机三相定子的电流信号、、和转速信号发送至处理模块;
处理模块根据获取的三相定子电压信号、和计算机端虚拟磁链对给定磁链与观测到的机端虚拟磁链的差值进行PI控制，得到给定的定子电流轴分量;被控电机三相机端虚拟磁链的计算式为：
；
被控电机机端虚拟磁链的幅值和位置角为：
，；
处理模块对给定的转速信号和实际的转速信号的差值进行PI控制，得到给定的转矩信号，对给定的转矩信号和观测到的电磁转矩信号的差值进行PI控制，获得给定的定子电流轴分量;
观测到的电磁转矩信号的计算式为，为被控电机的极对数，为定子电流q轴分量；
处理模块根据给定的定子电流轴分量和轴分量，以及被控电机机端虚拟磁链位置角，计算被控电机三相定子给定的电流信号、和；
处理模块对与实际定子电流信号之间的差值、与实际定子电流信号之间的差值以及与实际定子电流信号之间的差值进行PI控制，获得PWM开关信号，并将获得的PWM开关信号发送至驱动模块；
驱动模块根据PWM开关信号驱动被控电机。
本申请的有益效果是，由于本申请观测到的电磁转矩信号和机端虚拟磁链均不依赖于电机模型，也未使用固有的电机参数，其使用了实时采集的电机端信号，通过实时采集的电机端信号对被控电机进行控制，避免了磁链观测使用固定电机参数时出现的误差，因此，提升了电机控制系统的稳定性和鲁棒性。
附图说明
图1为某些实施例的结构示意图；
图2为某些实施例中驱动模块与待控电机的连接示意图；
图3为某些实施例中处理模块的工作原理图；
图4为待控电机转速的对比波形图；
图5为待控电机转矩的对比波形图；
图6为待控电机定子电流的对比波形图；
图7为待控电机机端虚拟磁链幅值的对比波形图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
一种异步电机的控制装置，在某些实施例中，如图1和图2所示，包括彼此电连接的采集模块1、处理模块2和驱动模块3，驱动模块3包括逆变器31，逆变器31和采集模块1均用于与被控电机4电连接，采集模块1还与驱动模块3电连接，驱动模块3还包括与逆变器31电连接的直流电源单元32，三相交流电经过整流后与逆变器31直流侧相接，为逆变器31直流侧提供直流电源。处理模块2包括DSP芯片、单片机和FPGA中的一种或两种以上的组合。
采集模块1包括但不限于设置在被控电机4三相定子处的电流感应器和被控电机4处的转速感应器，采集模块1用于实时采集被控电机4三相定子的电流信号、、和被控电机4的转速信号，并将采集到的被控电机三相定子的电流信号、、和电机转速信号发送至处理模块2;
如图3所示，处理模块2用于根据获取的三相定子电压信号、和计算机端虚拟磁链处理模块2还用于对给定磁链与观测到的机端虚拟磁链的差值进行PI控制，得到给定的定子电流轴分量；处理模块2还用于对给定的转速信号和采集到实际的转速信号的差值进行PI控制，得到给定的转矩信号，对给定的转矩信号和观测到的电磁转矩信号的差值进行PI控制，获得给定的定子电流轴分量;
其中，观测到的电磁转矩信号的计算式为， 为被控电机的极对数，为定子电流q轴分量，该观测到的电磁转矩信号未使用电机模型和电机参数。PI控制的计算式为; 被控电机三相机端虚拟磁链的计算式为：
被控电机机端虚拟磁链的幅值和位置角为：
，。
处理模块2还用于根据给定的定子电流轴分量和轴分量，以及被控电机4机端虚拟磁链位置角，计算被控电机4三相定子给定的电流信号、和；
处理模块2用于对与实际定子电流信号之间的差值、与实际定子电流信号之间的差值以及与实际定子电流信号之间的差值进行PI控制，获得PWM开关信号，并将获得的PWM开关信号发送至驱动模块。
驱动模块3用于根据PWM开关信号驱动被控电机4。为保证被控电机4的高可靠运行，PWM开关信号需经过载波调制，再作用到逆变器31三个桥臂的开关管上，以实现对被控电机4的驱动。
在某些实施例中，采集模块1还用于实时采集逆变器31直流侧电压信号并将采集到的逆变器31直流侧电压信号发送至处理模块；PWM开关信号还用作反馈信号；处理模块2用于根据直流侧电压信号和反馈的PWM开关信号，合成被控电机4三相定子电压信号、和。这代替了使用多个传感器直接获取三相定子的电压，而使用少量的传感器获取逆变器31直流侧电压信号，从而减少了传感器的使用个数，节约了成本。
在某些实施例中，三相定子电压、和的计算式为：；其中，、和分别为反馈的三相PWM开关信号；电机三相定子给定的电流信号、和的计算式为：
。
本申请还公开一种异步电机的控制方法，包括以下步骤：
S101：采集模块实时采集被控电机三相定子的电流信号、、和转速信号，并将采集到的被控电机三相定子的电流信号、、和转速信号发送至处理模块;
S102：处理模块根据获取的三相定子电压信号、和计算机端虚拟磁链对给定磁链与观测到的机端虚拟磁链的差值进行PI控制，得到给定的定子电流轴分量;被控电机三相机端虚拟磁链的计算式为：
；
被控电机机端虚拟磁链的幅值和位置角为：
，；
S103：处理模块对给定的转速信号和实际的转速信号的差值进行PI控制，得到给定的转矩信号，对给定的转矩信号和观测到的电磁转矩信号的差值进行PI控制，获得给定的定子电流轴分量; 观测到的电磁转矩信号的计算式为，为被控电机的极对数，为定子电流q轴分量；
S104：处理模块根据给定的定子电流轴分量和轴分量，以及被控电机机端虚拟磁链位置角，计算被控电机三相定子给定的电流信号、和；
S105：处理模块对与实际定子电流信号之间的差值、与实际定子电流信号之间的差值以及与实际定子电流信号之间的差值进行PI控制，获得PWM开关信号，并将获得的PWM开关信号发送至驱动模块；
S106：驱动模块根据PWM开关信号驱动被控电机。
在某些实施例中，PWM开关信号还用作反馈信号，
步骤S101：采集模块实时采集被控电机三相定子的电流信号、、和转速信号，并将采集到的被控电机三相定子的电流信号、、和转速信号发送至处理模块，还包括：采集模块实时采集逆变器直流侧电压信号并将采集到的逆变器直流侧电压信号发送至处理模块；
步骤S102：处理模块根据获取的三相定子电压信号、和计算机端虚拟磁链之前，还包括：处理模块根据直流侧电压信号和反馈的PWM开关信号，合成被控电机三相定子电压信号、和。三相定子电压、和的计算式为：；其中，、和分别为反馈的三相PWM开关信号。电机三相定子给定的电流信号、和的计算式为：
。
如图4、图5、图6和图7所示，分别为异步电机在使用本申请的异步电机控制装置和方法呈现的转速、转矩、定子电流和机端虚拟磁链幅值的实验对比图，每幅图的左边为常规定子电阻的实验结果，图的右边为定子电阻增大35%后所达到的实验结果。由图可以看出，本申请异步电机的控制装置和方法具有动态响应快，稳态精度高等优点，在定子电阻变化35%时，该装置仍具有较好的控制性能，其提高了电机控制系统的稳定性和鲁棒性。同时，满足异步电动机高性能调速要求。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
Claims (8)
1. 一种异步电机的控制装置，包括彼此电连接的采集模块、处理模块和驱动模块，所述驱动模块包括逆变器，所述逆变器和采集模块均用于与被控电机电连接，采集模块还与驱动模块电连接，其特征在于：
采集模块用于实时采集被控电机三相定子的电流信号 、、和转速信号，并将采集到的被控电机三相定子的电流信号、、和转速信号发送至处理模块;
处理模块用于根据获取的三相定子电压信号、和计算机端虚拟磁链对给定磁链与观测到的机端虚拟磁链的差值进行PI控制，得到给定的定子电流轴分量;被控电机三相机端虚拟磁链的计算式为：
；
被控电机机端虚拟磁链的幅值和位置角为：
，；
处理模块还用于对给定的转速信号和实际的转速信号的差值进行PI控制，得到给定的转矩信号，对给定的转矩信号和观测到的电磁转矩信号的差值进行PI控制，获得给定的定子电流轴分量;
观测到的电磁转矩信号的计算式为，为被控电机的极对数，为定子电流q轴分量；（同贵校另外一件专利的发明人沟通后，觉得PI控制的公式不是重点，我将其从权利要求中删去）
处理模块还用于根据给定的定子电流轴分量和轴分量，以及被控电机机端虚拟磁链位置角，计算被控电机三相定子给定的电流信号、和；
处理模块用于对与实际定子电流信号之间的差值、与实际定子电流信号之间的差值以及与实际定子电流信号之间的差值进行PI控制，获得PWM开关信号，并将获得的PWM开关信号发送至驱动模块；
驱动模块用于根据PWM开关信号驱动被控电机。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
采集模块还用于实时采集逆变器直流侧电压信号并将采集到的逆变器直流侧电压信号发送至处理模块；PWM开关信号还用作反馈信号；处理模块用于根据直流侧电压信号和反馈的PWM开关信号，合成被控电机三相定子电压信号、和。
3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于：三相定子电压信号、和的计算式为：；其中，、和分别为反馈的三相PWM开关信号。
4. 根据权利要求1-3任意一项所述的装置，其特征在于：
三相定子给定的电流信号、和的计算式为：
。
5. 一种异步电机的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
采集模块实时采集被控电机三相定子的电流信号、、和转速信号，并将采集到的被控电机三相定子的电流信号、、和转速信号发送至处理模块;
处理模块根据获取的三相定子电压信号、和计算机端虚拟磁链对给定磁链与观测到的机端虚拟磁链的差值进行PI控制，得到给定的定子电流轴分量;被控电机三相机端虚拟磁链的计算式为：
；
被控电机机端虚拟磁链的幅值和位置角为：
，；
处理模块对给定的转速信号和实际的转速信号的差值进行PI控制，得到给定的转矩信号，对给定的转矩信号和观测到的电磁转矩信号的差值进行PI控制，获得给定的定子电流轴分量;
观测到的电磁转矩信号的计算式为，为被控电机的极对数，为定子电流q轴分量；
处理模块根据给定的定子电流轴分量和轴分量，以及被控电机机端虚拟磁链位置角，计算被控电机三相定子给定的电流信号、和；
处理模块对与实际定子电流信号之间的差值、与实际定子电流信号之间的差值以及与实际定子电流信号之间的差值进行PI控制，获得PWM开关信号，并将获得的PWM开关信号发送至驱动模块；
驱动模块根据PWM开关信号驱动被控电机。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于：
PWM开关信号还用作反馈信号；
所述采集模块实时采集被控电机三相定子的电流信号、、和转速信号，并将采集到的被控电机三相定子的电流信号、、和转速信号发送至处理模块的步骤还包括：采集模块实时采集逆变器直流侧电压信号并将采集到的逆变器直流侧电压信号发送至处理模块；
在所述处理模块根据获取的三相定子电压信号、和计算机端虚拟磁链的步骤之前，还包括：处理模块根据直流侧电压信号和反馈的PWM开关信号，合成被控电机三相定子电压信号、和。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于：
三相定子电压、和的计算式为：；其中，、和分别为反馈的三相PWM开关信号。
8. 根据权利要求5-7任意一项所述的方法，其特征在于：
三相定子给定的电流信号、和的计算式为：
。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111082722A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-04-28 | 广西大学 | 一种异步电机定子磁链与转矩多时间尺度双层级电压控制方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5280419A (en) * | 1991-03-26 | 1994-01-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and switching arrangement for regulation of a two-dimensional vector of a segment by means of a value-discrete setting element with a limited switching frequency |
| US20040080968A1 (en) * | 2001-03-19 | 2004-04-29 | Antti Tarkiainen | Vector control of an induction motor |
| CN102957372A (zh) * | 2011-08-23 | 2013-03-06 | 上海工程技术大学 | 一种永磁同步电机双闭环控制系统 |
| CN103078582A (zh) * | 2013-02-01 | 2013-05-01 | 株洲南车时代电气股份有限公司 | 一种变频异步电机的控制方法和装置 |
-
2015
- 2015-05-26 CN CN201510272296.7A patent/CN104868810A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5280419A (en) * | 1991-03-26 | 1994-01-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and switching arrangement for regulation of a two-dimensional vector of a segment by means of a value-discrete setting element with a limited switching frequency |
| US20040080968A1 (en) * | 2001-03-19 | 2004-04-29 | Antti Tarkiainen | Vector control of an induction motor |
| CN102957372A (zh) * | 2011-08-23 | 2013-03-06 | 上海工程技术大学 | 一种永磁同步电机双闭环控制系统 |
| CN103078582A (zh) * | 2013-02-01 | 2013-05-01 | 株洲南车时代电气股份有限公司 | 一种变频异步电机的控制方法和装置 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 徐静: "异步电机按定子磁链定向的连续型矢量控制策略的研究与实现", 《中国博士学位论文全文数据库（工程科技Ⅱ辑）》 * |
| 朱绯: "异步电机基于物理的鲁棒控制及自适应滑模速度观测器研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（工程科技Ⅱ辑）》 * |
| 杨春玲 等: "《EDA技术与实验》", 30 April 2009 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111082722A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-04-28 | 广西大学 | 一种异步电机定子磁链与转矩多时间尺度双层级电压控制方法 |
| CN111082722B (zh) * | 2020-01-02 | 2023-06-23 | 广西大学 | 一种异步电机定子磁链与转矩多时间尺度双层级电压控制方法 |
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