CN109889107A - 一种同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法及装置，能够逐渐缩小主从电机间的转矩差，达到主从电机输出转矩平衡的目的。所述方法包括：S101，确定主、从电机的转矩反馈值，其中，主、从电机均采用直接转矩控制；S102，对主电机的转矩反馈值与从电机的转矩反馈值做差运算，得到主、从电机转矩的实时转矩差；S103，将所述实时转矩差按一定比例分为两部分，得到转矩补偿主电机分量和从电机分量，将转矩补偿主电机分量补偿到主电机的转矩调节单元中、转矩补偿从电机分量补偿到从电机的转矩调节单元中，实时调整主、从电机的转矩给定信号。本发明涉及电机驱动及控制领域。

Description

一种同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电机驱动及控制领域，特别是指一种同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法及装置。

背景技术

随着现代工业的水平的不断进步，多种生产需求已不能满足于单电机系统的运行方式。为节约成本，提高运行可靠性及稳定性，保证精度要求，实现大功率运行，在钢铁、造纸、纺织、机器人等工业领域，采用多台电机、多电机同步控制的运行方式。

双电机驱动应用广泛，在同轴双电机主从控制系统中，由于刚性硬连接，速度强制同步但转矩依然存在耦合关系。这里所谓的耦合，是因为两台电机共同输出力矩驱动负载，当负载一定时，两者的出力表现为“此消彼长”的关系，即他们输出的总转矩是恒值，若其中一台电机的输出转矩变小，则另一台的输出转矩必定增大，才能满足负载需要。在需要两台电机同时运行的大功率系统中，期望两台电机输出相等的负载转矩，以防某台电机过载，维持两者输出转矩均衡。但是，由于电机参数的偏差、电机轴的刚度的不同、齿轮润滑程度的不同及未知的齿轮啮合偏差等，都容易引起负载分配不均，从而造成两台电机输出转矩不平衡。这种转矩不平衡将导致其中一台电机运行于轻载状态，同时另一台工作于过载状态下的电机会导致过热，容易磨损等危害。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法及装置，以解决现有技术所存在的负载分配不均，导致两台电机输出转矩不平衡的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法，包括：

S101，确定主、从电机的转矩反馈值，其中，主、从电机均采用直接转矩控制；

S102，对主电机的转矩反馈值与从电机的转矩反馈值做差运算，得到主、从电机转矩的实时转矩差；

S103，将所述实时转矩差按一定比例分为两部分，得到转矩补偿主电机分量和从电机分量，将转矩补偿主电机分量补偿到主电机的转矩调节单元中、转矩补偿从电机分量补偿到从电机的转矩调节单元中，实时调整主、从电机的转矩给定信号。

进一步地，主电机的驱动器包括：速度控制单元、第一转矩调节单元、第一开关状态选择单元。

进一步地，主电机驱动器中，所述速度控制单元的输入为用户给定转速指令w^*与电机实际转速w的差，输出信号为转矩给定指令Te^*，将转矩给定指令Te^*与转矩补偿主电机分量T₁₁相加，得到所述第一转矩调节单元的转矩给定信号T₁；

所述第一开关状态选择单元的输入信号为所述第一转矩调节单元的输出值TQ₁、第一磁链开关信号ψ₁以及零电压信号，输出控制第一PWM逆变桥的三相电压信号；

其中，所述转矩补偿主电机分量T₁₁由S101-S103确定。

进一步地，从电机的驱动器包括：第二转矩调节单元、第二开关状态选择单元。

进一步地，从电机驱动器中，主电机速度控制单元输出的转矩给定指令Te^*与转矩补偿从电机分量T₂₂相加，得到所述第二转矩调节单元的转矩给定信号T₂；

所述第二开关状态选择单元的输入信号为所述第二转矩调节单元的输出值TQ₂、第二磁链开关信号ψ₂以及零电压信号，输出控制第二PWM逆变桥的三相电压信号；

所述转矩补偿从电机分量T₂₂由S101-S103确定。

进一步地，主、从电机的转矩反馈值表示为：

其中，n＝1时，表示电机为主电机；n＝2时，表示电机为从电机；Te_n表示电机的转矩反馈值；i_nα、i_nβ表示电机在α-β坐标系中的定子电流；ψ_nα、ψ_nβ表示磁链开关信号估计值ψ_n在α-β坐标系中的分量；P表示电机磁极数。

进一步地，转矩补偿主电机分量和从电机分量表示为：

其中，T₁₁表示转矩补偿主电机分量，T₂₂表示转矩补偿从电机分量，λ表示比例调整参数。

进一步地，将转矩补偿主电机分量补偿到主电机的转矩调节单元中、转矩补偿从电机分量补偿到从电机的转矩调节单元中，得到的主、从电机的转矩给定信号表示为：

其中，T₁、T₂分别表示主、从电机的转矩给定信号，Te^*表示主电机速度控制单元输出的转矩给定指令。

本发明实施例还提供一种同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制装置，包括：

确定模块，用于确定主、从电机的转矩反馈值，其中，主、从电机均采用直接转矩控制；

差值模块，用于对主电机的转矩反馈值与从电机的转矩反馈值做差运算，得到主、从电机转矩的实时转矩差；

补偿模块，用于将所述实时转矩差按一定比例分为两部分，得到转矩补偿主电机分量和从电机分量，将转矩补偿主电机分量补偿到主电机的转矩调节单元中、转矩补偿从电机分量补偿到从电机的转矩调节单元中，实时调整主、从电机的转矩给定信号。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，确定主、从电机的转矩反馈值，其中，主、从电机均采用直接转矩控制；对主电机的转矩反馈值与从电机的转矩反馈值做差运算，得到主、从电机转矩的实时转矩差；将所述实时转矩差按一定比例分为两部分，得到转矩补偿主电机分量和从电机分量，将转矩补偿主电机分量补偿到主电机的转矩调节单元中、转矩补偿从电机分量补偿到从电机的转矩调节单元中，实时调整主、从电机的转矩给定信号。这样，在双电机主从控制和直接转矩控制的基础上，利用主从转矩均衡补偿控制策略，逐渐缩小主从电机间的转矩差，达到主从电机输出转矩平衡的目的。

附图说明

图1为本发明实施例提供的同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法的详细流程示意图；

图3为本发明实施例提供的同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的负载分配不均，导致两台电机输出转矩不平衡的问题，提供一种同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法及装置。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供的同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法，包括：

S101，确定主、从电机的转矩反馈值，其中，主、从电机均采用直接转矩控制；

S102，对主电机的转矩反馈值与从电机的转矩反馈值做差运算，得到主、从电机转矩的实时转矩差；

S103，将所述实时转矩差按一定比例分为两部分，得到转矩补偿主电机分量和从电机分量，将转矩补偿主电机分量补偿到主电机的转矩调节单元中、转矩补偿从电机分量补偿到从电机的转矩调节单元中，实时调整主、从电机的转矩给定信号。

本发明实施例所述的同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法，确定主、从电机的转矩反馈值，其中，主、从电机均采用直接转矩控制；对主电机的转矩反馈值与从电机的转矩反馈值做差运算，得到主、从电机转矩的实时转矩差；将所述实时转矩差按一定比例分为两部分，得到转矩补偿主电机分量和从电机分量，将转矩补偿主电机分量补偿到主电机的转矩调节单元中、转矩补偿从电机分量补偿到从电机的转矩调节单元中，实时调整主、从电机的转矩给定信号。这样，在双电机主从控制和直接转矩控制的基础上，利用主从转矩均衡补偿控制策略，逐渐缩小主从电机间的转矩差，达到主从电机输出转矩平衡的目的。

本发明实施例所述的同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法，适用于刚性连接系统，能够实现主从电机的转矩快速同步，缩短开发周期，且方法简单，易于工程实现。同时，这种转矩闭环控制也能有效抑制转矩突变，达到改善电机运行性能的目的。

在前述同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法的具体实施方式中，进一步地，主电机的驱动器包括：速度控制单元、第一转矩调节单元、第一开关状态选择单元。

本实施例中，如图2所示，主电机的驱动器包括：速度控制单元、转矩调节单元1和开关状态选择单元1。

在前述同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法的具体实施方式中，进一步地，主电机驱动器中，所述速度控制单元的输入为用户给定转速指令w*与电机实际转速w的差，输出信号为转矩给定指令Te*，将转矩给定指令Te*与转矩补偿主电机分量T₁₁相加，得到所述第一转矩调节单元的转矩给定信号T₁；

所述第一开关状态选择单元的输入信号为所述第一转矩调节单元的输出值TQ₁、第一磁链开关信号ψ₁以及零电压信号，输出控制第一PWM逆变桥的三相电压信号；

其中，所述转矩补偿主电机分量T₁₁由S101-S103确定。

本实施例中，如图2所示，主电机的控制参数配置如下：

主电机驱动器中，所述速度控制单元的输入为用户给定转速指令w^*与电机实际转速w的差，输出信号为转矩给定指令Te^*，将转矩给定指令Te^*与转矩补偿主电机分量T₁₁相加，得到主电机驱动器转矩调节单元1的转矩给定信号T₁。所述开关状态选择单元1的输入信号为转矩调节单元1的输出值TQ₁、磁链开关信号ψ₁以及零电压信号，输出控制脉冲宽度调制(PWM)逆变桥1的三相电压信号。

本实施例中，所述转矩补偿主电机分量T₁₁由S101-S103所述的转矩均衡补偿控制策略得到。

在前述同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法的具体实施方式中，进一步地，从电机的驱动器包括：第二转矩调节单元、第二开关状态选择单元。

本实施例中，如图2所示，从电机驱动器包括：转矩调节单元2、开关状态选择单元2。

在前述同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法的具体实施方式中，进一步地，从电机驱动器中，主电机速度控制单元输出的转矩给定指令Te^*与转矩补偿从电机分量T₂₂相加，得到所述第二转矩调节单元的转矩给定信号T₂；

所述第二开关状态选择单元的输入信号为所述第二转矩调节单元的输出值TQ₂、第二磁链开关信号ψ₂以及零电压信号，输出控制第二PWM逆变桥的三相电压信号；

所述转矩补偿从电机分量T₂₂由S101-S103确定。

本实施例中，如图2所示，从电机的控制参数配置如下：

从电机驱动器中，不对速度控制单元进行配置，主电机速度控制单元输出的转矩给定指令Te*与转矩补偿从电机分量T₂₂相加，得到从电机驱动器转矩调节单元2的转矩给定信号T₂。所述开关状态选择单元2的输入信号为转矩调节单元2的输出值TQ₂、磁链开关信号ψ₂以及零电压信号，输出控制PWM逆变桥2的三相电压信号。

本实施例中，所述转矩补偿从电机分量T₂₂由S101-S103所述的转矩均衡补偿控制策略得到。

由于电机转矩给定信号不可直接测得，在确定主从电机的控制参数后，本实施例中，采用间接法求取主、从电机的转矩给定信号T₁、T₂，具体的：

步骤1，通过坐标变换求取主电机1和从电机2在α-β坐标系中的定子电流i_nα、i_nβ与定子电压u_nα、u_nβ，然后根据求得的定子电流与定子电压估计磁链开关信号ψ_n在α-β坐标系中的分量ψ_nα、ψ_nβ(n＝1、2，n＝1时，表示电机为主电机；n＝2时，表示电机为从电机)。

步骤2，主、从电机的转矩反馈值估计。

本实施例中，主、从电机的转矩反馈值计算公式为：

其中，n＝1时，表示电机为主电机；n＝2时，表示电机为从电机；Te_n表示电机的转矩反馈值；i_nα、i_nβ表示电机在α-β坐标系中的定子电流；ψ_nα、ψ_nβ表示磁链开关信号估计值ψ_n在α-β坐标系中的分量；P表示电机磁极数。

将步骤1所求得的定子电流以及磁链开关信号估计值ψ_n在α-β坐标系中的分量代入式(1)可分别得到主、从电机的转矩反馈值Te₁、Te₂。

步骤3，根据估计得到的主、从电机的转矩反馈值Te₁、Te₂，通过差值求得主、从电机转矩的实时转矩差。

步骤4，确定主、从电机转矩给定信号的均衡补偿量，并分别补偿到主、从电机的转矩调节单元。

本实施例中，将该实时转矩差按一定比例分为两部分(通过调整λ值实现，理想情况下λ＝1)，得到转矩补偿主电机分量和从电机分量，并分别补偿到主、从电机的转矩调节单元。

本实施例中，转矩补偿主电机分量T11和从电机分量T22表示为：

其中，λ表示比例调整参数。

此时，得到的主、从电机的转矩给定信号表示为：

其中，T₁、T₂分别表示主、从电机的转矩给定信号，Te^*表示主电机速度控制单元输出的转矩给定指令；主、从电机在转矩给定指令Te^*下运行，主、从电机输出转矩逐渐达到平衡。

实施例二

本发明还提供一种同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制装置的具体实施方式，由于本发明提供的同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制装置与前述同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法的具体实施方式相对应，该同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制装置可以通过执行上述方法具体实施方式中的流程步骤来实现本发明的目的，因此上述同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法具体实施方式中的解释说明，也适用于本发明提供的同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制装置的具体实施方式，在本发明以下的具体实施方式中将不再赘述。

如图3所示，本发明实施例还提供一种同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制装置，包括：

确定模块11，用于确定主、从电机的转矩反馈值，其中，主、从电机均采用直接转矩控制；

差值模块12，用于对主电机的转矩反馈值与从电机的转矩反馈值做差运算，得到主、从电机转矩的实时转矩差；

补偿模块13，用于将所述实时转矩差按一定比例分为两部分，得到转矩补偿主电机分量和从电机分量，将转矩补偿主电机分量补偿到主电机的转矩调节单元中、转矩补偿从电机分量补偿到从电机的转矩调节单元中，实时调整主、从电机的转矩给定信号。

本发明实施例所述的同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制装置，确定主、从电机的转矩反馈值，其中，主、从电机均采用直接转矩控制；对主电机的转矩反馈值与从电机的转矩反馈值做差运算，得到主、从电机转矩的实时转矩差；将所述实时转矩差按一定比例分为两部分，得到转矩补偿主电机分量和从电机分量，将转矩补偿主电机分量补偿到主电机的转矩调节单元中、转矩补偿从电机分量补偿到从电机的转矩调节单元中，实时调整主、从电机的转矩给定信号。这样，在双电机主从控制和直接转矩控制的基础上，利用主从转矩均衡补偿控制策略，逐渐缩小主从电机间的转矩差，达到主从电机输出转矩平衡的目的。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法，其特征在于，包括：

S101，确定主、从电机的转矩反馈值，其中，主、从电机均采用直接转矩控制；

S102，对主电机的转矩反馈值与从电机的转矩反馈值做差运算，得到主、从电机转矩的实时转矩差；

S103，将所述实时转矩差按一定比例分为两部分，得到转矩补偿主电机分量和从电机分量，将转矩补偿主电机分量补偿到主电机的转矩调节单元中、转矩补偿从电机分量补偿到从电机的转矩调节单元中，实时调整主、从电机的转矩给定信号。

2.根据权利要求1所述的同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法，其特征在于，主电机的驱动器包括：速度控制单元、第一转矩调节单元、第一开关状态选择单元。

3.根据权利要求2所述的同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法，其特征在于，主电机驱动器中，所述速度控制单元的输入为用户给定转速指令w^*与电机实际转速w的差，输出信号为转矩给定指令Te^*，将转矩给定指令Te^*与转矩补偿主电机分量T₁₁相加，得到所述第一转矩调节单元的转矩给定信号T₁；

所述第一开关状态选择单元的输入信号为所述第一转矩调节单元的输出值TQ₁、第一磁链开关信号ψ₁以及零电压信号，输出控制第一PWM逆变桥的三相电压信号；

其中，所述转矩补偿主电机分量T₁₁由S101-S103确定。

4.根据权利要求1所述的同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法，其特征在于，从电机的驱动器包括：第二转矩调节单元、第二开关状态选择单元。

5.根据权利要求4所述的同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法，其特征在于，从电机驱动器中，主电机速度控制单元输出的转矩给定指令Te^*与转矩补偿从电机分量T₂₂相加，得到所述第二转矩调节单元的转矩给定信号T₂；

所述第二开关状态选择单元的输入信号为所述第二转矩调节单元的输出值TQ₂、第二磁链开关信号ψ₂以及零电压信号，输出控制第二PWM逆变桥的三相电压信号；

所述转矩补偿从电机分量T₂₂由S101-S103确定。

6.根据权利要求1所述的同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法，其特征在于，主、从电机的转矩反馈值表示为：

其中，n＝1时，表示电机为主电机；n＝2时，表示电机为从电机；Te_n表示电机的转矩反馈值；i_nα、i_nβ表示电机在α-β坐标系中的定子电流；ψ_nα、ψ_nβ表示磁链开关信号估计值ψ_n在α-β坐标系中的分量；P表示电机磁极数。

7.根据权利要求6所述的同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法，其特征在于，转矩补偿主电机分量和从电机分量表示为：

其中，T₁₁表示转矩补偿主电机分量，T₂₂表示转矩补偿从电机分量，λ表示比例调整参数。

8.根据权利要求7所述的同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制方法，其特征在于，将转矩补偿主电机分量补偿到主电机的转矩调节单元中、转矩补偿从电机分量补偿到从电机的转矩调节单元中，得到的主、从电机的转矩给定信号表示为：

其中，T₁、T₂分别表示主、从电机的转矩给定信号，Te^*表示主电机速度控制单元输出的转矩给定指令。

9.一种同轴双电机的直接转矩均衡补偿控制装置，其特征在于，包括：

确定模块，用于确定主、从电机的转矩反馈值，其中，主、从电机均采用直接转矩控制；

差值模块，用于对主电机的转矩反馈值与从电机的转矩反馈值做差运算，得到主、从电机转矩的实时转矩差；

补偿模块，用于将所述实时转矩差按一定比例分为两部分，得到转矩补偿主电机分量和从电机分量，将转矩补偿主电机分量补偿到主电机的转矩调节单元中、转矩补偿从电机分量补偿到从电机的转矩调节单元中，实时调整主、从电机的转矩给定信号。