CN110474586B - 一种感应电机的动态调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种感应电机的动态调整方法，包括：预先构建关联于感应电机的感应电机模型；感应电机的控制器预先计算得到并输出的励磁电流指令和转矩电流指令使得感应电机处于堵转状态；检测得到处于堵转状态的感应电机的实际励磁电流值和实际转矩电流值；根据励磁电流指令和实际励磁电流值处理得到励磁电流对应的一第一电压指令；以及根据转矩电流指令和实际转矩电流值处理得到感应电机当前的自整定值；根据自整定值处理得到转矩电流对应的的一第二电压指令；根据第一电压指令和第二电压指令对感应电机进行动态控制。本发明的有益效果在于：不需要增加额外的估算硬件，以及提高估算的准确度，并且估算方法简单可靠，进而提高动态控制的控制效果。

Description

一种感应电机的动态调整方法

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种感应电机的动态调整方法。

背景技术

高压变频器是一种通过控制电力半导体器件的通断作用，将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。由于被拖动的感应电机的转动频率可以调节，因此可以通过调节感应电机的转动频率来降低负载，从而节约能源，进而提高工作效率。

目前，高压变频器可以采用恒V/f控制、矢量控制、直接转矩控制、无速度传感器矢量控制等多种控制方式。然而在控制要求精度高的场合，可以采用矢量控制满足用户的性能要求，此时，就需要将被拖动感应电机的参数(定子漏电感)加到控制回路中，以提高控制性能。

在运行过程中，目前的感应电机会由于温度变化、弱磁、电枢反应等原因，造成感应电机的电感值发生变化；而现有技术采用直接将电机生产商提供的电机参数参与控制计算，从而导致控制难度增大、控制性能不稳定等问题，进而无法满足高精度的控制要求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种旨在提高估算的准确度和提高动态控制的控制效果的感应电机的动态调整方法。

具体技术方案如下：

一种感应电机的动态调整方法，其中，包括：

步骤S1，预先构建关联于感应电机的感应电机模型；

步骤S2，感应电机的控制器预先计算得到并输出的励磁电流指令和转矩电流指令使得感应电机处于堵转状态；

步骤S3，控制器检测得到处于堵转状态的感应电机的实际励磁电流值和实际转矩电流值；

步骤S4，控制器根据励磁电流指令和实际励磁电流值，采用感应电机模型处理得到励磁电流对应的一第一电压指令；以及

控制器根据转矩电流指令和实际转矩电流值，采用感应电机模型处理得到感应电机当前的自整定值；

步骤S5，控制器根据自整定值，采用感应电机模型处理得到转矩电流对应的的一第二电压指令；

步骤S6，控制器根据第一电压指令和第二电压指令对感应电机进行动态控制。

优选的，动态调整方法，其中，感应电机模型构建于一两相旋转坐标系上；

两相旋转坐标系的X轴用于表示感应电机中的励磁电流，Y轴用于表示感应电机中的转矩电流。

优选的，动态调整方法，其中，感应电机模型中包括一第一公式，步骤S4中，采用第一公式计算得到第一电压指令；

第一公式具体为：

V_x*＝k_p×(i_x*-i_x)；

其中，V_x*用于表示第一电压指令；

k_p用于表示比例常数；

i_x*用于表示励磁电流指令的电流数值；

i_x用于表示实际励磁电流值。

优选的，动态调整方法，其中，感应电机模型中包括一第二公式，步骤S4中，采用第二公式计算得到自整定值；

第二公式具体为：

L_σ/dt＝1/T×∫(|i_y*|-|i_y|)dt；

其中，L_σ/dt用于表示自整定值；

T用于表示控制器的电流采样周期；

i_y*用于表示转矩电流指令的电流数值；

i_y用于表示实际转矩电流值；

dt用于表示单位时间。

优选的，动态调整方法，其中，感应电机模型中包括一第三公式，步骤S5中，采用第三公式计算得到第二电压指令；

第三公式具体为：

V_y*＝L_σ/dt×Δi_y*；

其中，L_σ/dt用于表示自整定值；

V_y*用于表示第二电压指令；

i_y*用于表示转矩电流指令的电流数值；

Δi_y*通过对i_y*进行离散化处理得到的，用于表示控制器在上一个计算周期内得到的转矩电流指令与控制器在当前的计算周期内得到的转矩电流指令之间的差值；

计算周期为控制器的PWM信号的载波周期。

优选的，动态调整方法，其中，感应电机模型还包括一第四公式，第四公式用于计算得到转矩电流指令的电流数值；

第四公式具体为：

i_y*＝a*sin(2*π*b*t)；

其中，a用于表示转矩电流指令的幅值；

b用于表示转矩电流指令的频率

t用于表示转矩电流指令的采样周期。

优选的，动态调整方法，其中，转矩电流指令的幅值为25％的感应电机的额定转矩电流的幅值，转矩电流指令的频率为100Hz。

优选的，动态调整方法，其中，动态控制为矢量控制。

还包括一种感应电机的动态调整系统，其中，包括：

模型建立模块，用于构建关联于感应电机的感应电机模型；

指令模块，用于计算得到并输出的励磁电流指令和转矩电流指令使得感应电机处于堵转状态；

检测模块，与指令模块连接，用于检测得到处于堵转状态的感应电机的实际励磁电流值和实际转矩电流值；

第一计算模块，分别与指令模块、检测模块和模型建立模块连接，根据励磁电流指令和实际励磁电流值，采用感应电机模型处理得到励磁电流对应的一第一电压指令；

第二计算模块，分别与指令模块、检测模块和模型建立模块连接，根据转矩电流指令和实际转矩电流值，采用感应电机模型处理得到感应电机当前的自整定值；

第三计算模块，与第二计算模块和模型建立模块连接，根据自整定值，采用感应电机模型处理得到转矩电流对应的的一第二电压指令；

调整模块，分别与第一计算模块和第三计算模块连接，根据第一电压指令和第二电压指令对感应电机进行动态控制。

还包括一种感应电机，其中，采用如权利要求8的动态调整系统。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：实现只需根据控制器计算得到的励磁电流指令和转矩电流指令采用感应电机模型进行一系列处理，以对感应电机的第一电压指令和第二电压指令进行估算，随后控制器根据第一电压指令和第二电压指令对感应电机进行动态控制，从而不需要增加额外的估算硬件，以及提高估算的准确度，并且估算方法简单可靠，进而提高动态控制的控制效果。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明动态调整方法实施例的流程图；

图2为本发明动态调整方法实施例的的示意图；

图3为本发明动态调整系统实施例的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明提供一种感应电机的动态调整方法，如图1所示，包括：

步骤S1，预先构建关联于感应电机的感应电机模型；

步骤S2，感应电机的控制器预先计算得到并输出的励磁电流指令和转矩电流指令使得感应电机处于堵转状态；

步骤S3，控制器检测得到处于堵转状态的感应电机的实际励磁电流值和实际转矩电流值；

步骤S4，控制器根据励磁电流指令和实际励磁电流值，采用感应电机模型处理得到励磁电流对应的一第一电压指令；以及

控制器根据转矩电流指令和实际转矩电流值，采用感应电机模型处理得到感应电机当前的自整定值；

步骤S5，控制器根据自整定值，采用感应电机模型处理得到转矩电流对应的的一第二电压指令；

步骤S6，控制器根据第一电压指令和第二电压指令对感应电机进行动态控制。

在上述实施例中，通过感应电机的控制器计算得到励磁电流指令和转矩电流指令使得感应电机处于堵转状态，并且将励磁电流指令和转矩电流指令输出，接着控制器检测得到处于堵转状态的感应电机的实际励磁电流值和实际转矩电流值，然后采用感应电机模型经过相应的计算得到励磁电流对应的第一电压指令和感应电机当前的自整定值，其次采用感应电机模型经过相应的计算得到第二电压指令，最后控制器根据第一电压指令和第二电压指令对感应电机进行动态控制。从而实现只需根据控制器计算得到的励磁电流指令和转矩电流指令采用感应电机模型进行一系列处理，以对感应电机的第一电压指令和第二电压指令进行估算，从而不需要增加额外的估算硬件，进而提高估算的准确度，并且估算方法简单可靠，以及提高动态控制的控制效果。

进一步地，在上述实施例中，感应电机模型构建于一两相旋转坐标系上；

两相旋转坐标系的X轴用于表示感应电机中的励磁电流，Y轴用于表示感应电机中的转矩电流。

进一步地，作为优选的实施方式，可以根据感应电机的的矢量变化和按转子磁链定向，得到感应电机的等效直流电动机模型，接着对等效直流电动机模型进行坐标变换，以构建两相旋转坐标系上的感应电机模型。

进一步地，作为优选的实施方式，所述感应电机可以为感应异步电机，上述感应异步电机具有非线性、强耦合、多变量的性质，因此需要通过动态模型才能获得良好的调速性能，因此本申请中的感应电机模型可以为动态模型。

进一步地，在上述实施例中，感应电机模型中包括一第一公式，步骤S4中，采用第一公式计算得到第一电压指令；

第一公式具体为：

V_x*＝k_p×(i_x*-i_x)；

其中，V_x*用于表示第一电压指令；

k_p用于表示比例常数；

i_x*用于表示励磁电流指令的电流数值；

i_x用于表示实际励磁电流值。

进一步地，在上述实施例中，感应电机模型中包括一第二公式，步骤S4中，采用第二公式计算得到自整定值；

第二公式具体为：

L_σ/dt＝1/T×∫(|i_y*|-|i_y|)dt；

其中，L_σ/dt用于表示自整定值，L_σ用于表示漏电感；

T用于表示控制器的电流采样周期；

i_y*用于表示转矩电流指令的电流数值；

i_y用于表示实际转矩电流值；

dt用于表示单位时间。

在上述第二公式中通过对转矩电流指令的电流数值与检测得到的实际转矩电流值之间的偏差进行积分调节控制，从而计算得到感应电机当前的漏电感的自整定值。

进一步地，在上述实施例中，感应电机模型中包括一第三公式，步骤S5中，采用第三公式计算得到第二电压指令；

第三公式具体为：

V_y*＝L_σ/dt×Δi_y*；

其中，L_σ/dt用于表示自整定值；

V_y*用于表示第二电压指令；

i_y*用于表示转矩电流指令的电流数值；

Δi_y*通过对i_y*进行离散化处理得到的，用于表示控制器在上一个计算周期内得到的转矩电流指令与控制器在当前的计算周期内得到的转矩电流指令之间的差值；

计算周期为控制器的PWM信号的载波周期。

例如，通过对i_y*进行离散化处理Z^-1后得到的。

进一步地，在感应电机处于堵转状态时，第二电压指令包括感应电机的电阻电压部分和电感电压部分；因此，第二电压指令可以根据下述第五公式进行表示：

V_y*＝R₁i_y*+pL_σi_y*

由于此时的电阻R₁比较小，因此电阻电压部分可以忽略不计；

此时，通过离散化处理等方式可以将上述第五公式转化为第三公式。

在上述实施例中，可以通过上述第一公式、第二公式和第三公式计算得到第一电压指令V_x*和第二电压指令V_y*，并将第一电压指令V_x*和第二电压指令V_y*输入到控制器中，控制器根据第一电压指令和第二电压指令对感应电机进行矢量控制，其中，当励磁电流指令的电流数值和实际励磁电流值一致时，以及转矩电流指令的电流数值和实际转矩电流值一致时，漏电感L_σ的自整定值就是准确值(即真值)，此时可以判断当前的感应电机的第一电压指令的电压数值和第二电压指令的电压数值为准确参数。

进一步地，在上述实施例中，感应电机模型还包括一第四公式，第四公式用于计算得到转矩电流指令的电流数值；

第四公式具体为：

i_y*＝a*sin(2*π*b*t)；

其中，a用于表示转矩电流指令的幅值；

b用于表示转矩电流指令的频率

t用于表示转矩电流指令的采样周期。

其中，励磁电流指令的电流数值可以为额定励磁电流的30％、50％、70％和100％。

进一步地，在上述实施例中，转矩电流指令的幅值为25％的感应电机的额定转矩电流的幅值，转矩电流指令的频率为100Hz。

进一步地，在上述实施例中，动态控制为矢量控制。

如图2所示，首先输入X轴电流指令和Y轴电流指令，其中输入的Y轴电流指令为0.25*sin(2*π*100*t)，随后进行电压矢量变换和电流矢量变换，其中电压矢量变换、电流矢量变换为周知的矢量轴系变换，在此不做详细阐述。

还包括一种感应电机的动态调整系统，如图3所示，包括：

模型建立模块1，用于构建关联于感应电机的感应电机模型；

指令模块2，用于计算得到并输出的励磁电流指令和转矩电流指令使得感应电机处于堵转状态；

检测模块3，与指令模块2连接，用于检测得到处于堵转状态的感应电机的实际励磁电流值和实际转矩电流值；

第一计算模块4，分别与指令模块2、检测模块3和模型建立模块1连接，根据励磁电流指令和实际励磁电流值，采用感应电机模型处理得到励磁电流对应的一第一电压指令；

第二计算模块5，分别与指令模块2、检测模块3和模型建立模块1连接，根据转矩电流指令和实际转矩电流值，采用感应电机模型处理得到感应电机当前的自整定值；

第三计算模块6，与第二计算模块5和模型建立模块1连接，根据自整定值，采用感应电机模型处理得到转矩电流对应的的一第二电压指令；

调整模块7，分别与第一计算模块4和第三计算模块6连接，根据第一电压指令和第二电压指令对感应电机进行动态控制。

还包括一种感应电机，其中，采用上述的动态调整系统。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种感应电机的动态调整方法，其特征在于，包括：

步骤S1，预先构建关联于所述感应电机的感应电机模型；

步骤S2，所述感应电机的控制器预先计算得到并输出的励磁电流指令和转矩电流指令使得所述感应电机处于堵转状态；

步骤S3，所述控制器检测得到处于堵转状态的所述感应电机的实际励磁电流值和实际转矩电流值；

步骤S4，所述控制器根据所述励磁电流指令和所述实际励磁电流值，采用所述感应电机模型处理得到励磁电流对应的一第一电压指令；以及

所述控制器根据所述转矩电流指令和所述实际转矩电流值，采用所述感应电机模型处理得到所述感应电机当前的自整定值；

步骤S5，所述控制器根据所述自整定值，采用所述感应电机模型处理得到转矩电流对应的一第二电压指令；

步骤S6，所述控制器根据所述第一电压指令和所述第二电压指令对所述感应电机进行动态控制；

所述感应电机模型中包括一第二公式，所述步骤S4中，采用所述第二公式计算得到所述自整定值；

所述第二公式具体为：

L_σ/dt＝1/T×∫(|i_y*|-|i_y|)dt；

其中，L_σ/dt用于表示所述自整定值；

T用于表示所述控制器的电流采样周期；

i_y*用于表示所述转矩电流指令的电流数值；

i_y用于表示所述实际转矩电流值；

dt用于表示单位时间。

2.如权利要求1所述的动态调整方法，其特征在于，所述感应电机模型构建于一两相旋转坐标系上；

所述两相旋转坐标系的X轴用于表示所述感应电机中的励磁电流，Y轴用于表示所述感应电机中的转矩电流。

3.如权利要求1所述的动态调整方法，其特征在于，所述感应电机模型中包括一第一公式，所述步骤S4中，采用所述第一公式计算得到所述第一电压指令；

所述第一公式具体为：

V_x*＝k_p×(i_x*-i_x)；

其中，V_x*用于表示所述第一电压指令；

k_p用于表示比例常数；

i_x*用于表示所述励磁电流指令的电流数值；

i_x用于表示所述实际励磁电流值。

4.如权利要求1所述的动态调整方法，其特征在于，所述感应电机模型中包括一第三公式，所述步骤S5中，采用所述第三公式计算得到所述第二电压指令；

所述第三公式具体为：

V_y*＝L_σ/dt×Δi_y*；

其中，L_σ/dt用于表示所述自整定值；

V_y*用于表示所述第二电压指令；

i_y*用于表示所述转矩电流指令的电流数值；

Δi_y*通过对i_y*进行离散化处理得到的，用于表示所述控制器在上一个计算周期内得到的所述转矩电流指令与所述控制器在当前的计算周期内得到的所述转矩电流指令之间的差值；

所述计算周期为所述控制器的PWM信号的载波周期。

5.如权利要求4所述的动态调整方法，其特征在于，所述感应电机模型还包括一第四公式，所述第四公式用于计算得到所述转矩电流指令的电流数值；

所述第四公式具体为：

i_y*＝a*sin(2*π*b*t)；

其中，a用于表示所述转矩电流指令的幅值；

b用于表示所述转矩电流指令的频率

t用于表示所述转矩电流指令的采样周期。

6.如权利要求5所述的动态调整方法，其特征在于，所述转矩电流指令的幅值为25％的所述感应电机的额定转矩电流的幅值，所述转矩电流指令的频率为100Hz。

7.如权利要求1所述的动态调整方法，其特征在于，所述动态控制为矢量控制。

8.一种感应电机的动态调整系统，其特征在于，包括：

模型建立模块，用于构建关联于所述感应电机的感应电机模型；

指令模块，用于计算得到并输出的励磁电流指令和转矩电流指令使得所述感应电机处于堵转状态；

检测模块，与所述指令模块连接，用于检测得到处于堵转状态的所述感应电机的实际励磁电流值和实际转矩电流值；

第一计算模块，分别与所述指令模块、所述检测模块和所述模型建立模块连接，根据所述励磁电流指令和所述实际励磁电流值，采用所述感应电机模型处理得到励磁电流对应的一第一电压指令；

第二计算模块，分别与所述指令模块、所述检测模块和所述模型建立模块连接，根据所述转矩电流指令和所述实际转矩电流值，采用所述感应电机模型处理得到所述感应电机当前的自整定值；

第三计算模块，与所述第二计算模块和所述模型建立模块连接，根据所述自整定值，采用所述感应电机模型处理得到转矩电流对应的一第二电压指令；

调整模块，分别与所述第一计算模块和所述第三计算模块连接，根据所述第一电压指令和所述第二电压指令对所述感应电机进行动态控制；

所述感应电机模型中包括一第二公式，所述第二计算模块采用所述第二公式计算得到 所述自整定值；

所述第二公式具体为：

L_σ/dt＝1/T×∫(|i_y*|-|i_y|)dt；

其中，L_σ/dt用于表示所述自整定值；

T用于表示控制器的电流采样周期；

i_y*用于表示所述转矩电流指令的电流数值；

i_y用于表示所述实际转矩电流值；

dt用于表示单位时间。

9.一种感应电机，其特征在于，采用如权利要求8所述的动态调整系统。

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