CN110855208A - 一种高压变频器无速度传感器矢量控制系统 - Google Patents

一种高压变频器无速度传感器矢量控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110855208A
CN110855208A CN201911077879.9A CN201911077879A CN110855208A CN 110855208 A CN110855208 A CN 110855208A CN 201911077879 A CN201911077879 A CN 201911077879A CN 110855208 A CN110855208 A CN 110855208A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
electromotive force
current
stator
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911077879.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110855208B (zh
Inventor
姜廷阳
杨美霞
干永革
郝亚川
傅永伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cisdi Electrical Technology Co Ltd
Original Assignee
Cisdi Electrical Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cisdi Electrical Technology Co Ltd filed Critical Cisdi Electrical Technology Co Ltd
Priority to CN201911077879.9A priority Critical patent/CN110855208B/zh
Publication of CN110855208A publication Critical patent/CN110855208A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110855208B publication Critical patent/CN110855208B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H02P21/26—Rotor flux based control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高压变频器无速度传感器矢量控制系统，属于电力电子控制领域。该系统包括Clark变换模块、Park变换模块、转子磁链在定子侧感应的反电势计算模块、电动势校正模块、速度调节模块、直流电流调节模块、电流模型模块、反Park变换模块、反Clark变换模块、高压变频器和电机。通过励磁电动势分量经比例积分调节器输出Δωr,与角速度给定相加得到角速度实际值。本发明无需安装测速编码器，适用于对调速有一定要求，即不长期工作在低速，又不宜安装编码器的场合。

Description

一种高压变频器无速度传感器矢量控制系统
技术领域
本发明属于电力电子控制领域，涉及一种高压变频器带异步电机的无速度传感器矢量控制系统，适用于对中高速调速有较高要求的场合。
背景技术
异步电机的矢量控制中，需要知道电机的转速。传统的安装编码器测速方式，增加了系统的成本，而且在有些场合下不容易安装。无速度传感器矢量控制相比有编码器控制有许多的优势。由于不需要安装编码器，降低了系统的成本，提高了系统的抗干扰性和可靠性，减少了电机的轴向尺寸，保持了异步电机结构简单，机械坚固的优点。
无速度传感器转速闭环只能采用辨识的转速进行反馈，控制精度依赖于辨识精度。低频范围内磁链观测难度较大，磁链观测是对电机反电动势的积分，而这会存在初始值和积分漂移问题，当定子供电频率比较低的时候，各项参数的误差对反电动势的影响较大，定子电阻的误差对反电动势计算误差影响也较大。
无速度传感器矢量控制关键问题是对转速转子速度的辨识。常用的方法有：转差频率估计法、模型参考自适应法(MRAS)；其中MRAS有多种参考模型和可调模型的选择方法，如：电压模型和电流模型构成的MRAS，基于反电动势的MRAS，基于无功功率的MRAS，基于观测器的MRAS。
无速度传感器中使用的几种闭环观测器有：全阶自适应观测器、扩展卡尔曼滤波器、扩展龙贝格观测器、滑模观测器等。这些方法大多建立在理想电机模型的基础上，不同程度上依赖于电机参数和运行状态，都存在计算量大和稳定性不足的问题。
因此，亟需一种既能够减小计算量，又具有低成本的和高稳定性的无速度传感器矢量控制系统。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高压变频器无速度传感器矢量控制系统，在不增加编码器的情况下，实现异步电机的中高速运行控制。该方法结构简单，易于实现。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高压变频器无速度传感器矢量控制系统，其特征在于，该系统包括：Clark变换模块、Park变换模块、转子磁链在定子侧感应的反电势计算模块、电动势校正模块、速度调节模块、直流电流调节模块、电流模型模块、反Park变换模块、反Clark变换模块、高压变频器和电机；
所述Clark变换模块用于将输入的实际定子电流或定子电压
Figure BDA0002263044910000022
变换为α-β坐标系的电流
Figure BDA0002263044910000023
或电压
Figure BDA0002263044910000024
所述Park变换模块用于将α-β坐标系的电流
Figure BDA0002263044910000025
或反电动势
Figure BDA0002263044910000026
变换为在d-q轴坐标系的电流
Figure BDA0002263044910000027
或反电动势
Figure BDA0002263044910000028
所述反Park变换模块用于将d-q轴坐标系的电压
Figure BDA0002263044910000029
和
Figure BDA00022630449100000210
变换为α-β坐标系的电压
Figure BDA00022630449100000211
所述反Clark变换模块用于将α-β坐标系的电压
Figure BDA00022630449100000213
变换为期望的定子电压值
Figure BDA00022630449100000215
所述转子磁链在定子侧感应的反电势计算模块用于将输入的定子电压和定子电流
Figure BDA00022630449100000217
在α-β轴坐标系的电压分量
Figure BDA00022630449100000218
和电流分量
Figure BDA00022630449100000219
通过公式计算得到在α-β轴坐标系的反电动势分量
Figure BDA00022630449100000220
所述电流模型模块用于将在d-q轴坐标系下的电流分量
Figure BDA00022630449100000221
通过公式计算出期望转差角速度Δω*，然后再与转子速度ωr相加后，积分得到计算所用的转子磁链位置角
Figure BDA00022630449100000222
所述电动势校正模块，用于将转子磁链感应反电动势
Figure BDA00022630449100000223
通过PI调节器得到转差角速度Δωr，从而用来输入电流模型进行调节；
所述速度调节模块用于将输入给定转子转速
Figure BDA00022630449100000224
与反馈信号转子速度ωr之差，经过转速调节器得到转矩电流分量
Figure BDA00022630449100000225
为外部输入的给定转速信号。其中低速区输入为电动势
Figure BDA00022630449100000226
闭环，由于低速区停留时间短，即使没有定向环节，Ψr偏离d轴也不大，可以近似将
Figure BDA00022630449100000227
看做速度闭环。中高速区的输入为经过电动势校正环节的磁链输入。
所述直流电流调节模块用于将定子电流磁链分量与转矩分量的期望值与实际值进行比较后经PI调节器输出期望电压分量
Figure BDA00022630449100000228
进一步，所述转子磁链在定子侧感应的反电势计算模块的计算过程为：在静止α-β坐标系下的电机状态方程为：
Figure BDA00022630449100000229
其中，rs表示电机定子电阻，Lσ为电机定转子漏感之和，即Lσ＝Lsσ+Lrσ，Lsσ为电机定子漏感，Lrσ为电机转子漏感；
Figure BDA00022630449100000230
表示在α-β坐标系的定子电压，
Figure BDA00022630449100000231
表示在α-β坐标系的定子电流，
Figure BDA0002263044910000031
表示在α-β坐标系的转子磁链在定子绕组上感应的电动势。
进一步，所述电动势校正模块的校正过程具体为：如果d轴与转子磁链ψr重合，反电动势否则则
Figure BDA0002263044910000034
经PI调节器输出转差角速度Δωr；由于在低速区时，电动势计算误差大，定向不准。所以当速度当前给定值绝对值大于0.08时，经过电动势校正环节。否则直接
Figure BDA0002263044910000035
直接赋值给Δωr。Δωr与角速度给定相加得角速度实际值信号ωr。(其中，ωr既作为角速度反馈信号，又作为电流模型的输入信号。)
进一步，所述电流模型模块内部计算公式为：
Figure BDA0002263044910000038
Figure BDA0002263044910000039
其中，Tr为转子绕组时间常数，
Figure BDA00022630449100000310
Lrσ为电机转子漏感，rr为电机转子电阻，ψr为转子磁链，Lr为转子绕组电感，λ为转子位置角，
Figure BDA00022630449100000311
为磁链位置角。
进一步，所述电流模型模块中，由于电动势校正模块是PI调节器，当时，则积分部分保持积分，改变输出值，从而改变
Figure BDA00022630449100000313
直到d轴与Ψr重合，此时
Figure BDA00022630449100000314
本发明的有益效果在于：本发明无需安装测速编码器，降低了系统成本，同时低计算量和高稳定性；适用于对调速有一定要求，即不长期工作在低速，又不宜安装编码器的场合。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明所述高压变频器无速度传感器整体框图；
图2为转子磁链在定子侧感应的反电势计算框图；
图3为基于电流模型的磁链观测框图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
请参阅图1～图3，如图1所示，本发明优选的一种高压变频器无速度传感器矢量控制系统，包括：Clark变换模块、Park变换模块、转子磁链在定子侧感应的反电势计算模块、电动势校正模块、速度调节模块、直流电流调节模块、电流模型模块、反Park变换模块、反Clark变换模块、高压变频器和电机。所述系统实现方法分低速与中高速控制。
本实施所述系统的工作流程为：
1)将输入的定子电流值
Figure BDA0002263044910000041
或电压值值变换为α-β坐标系的
Figure BDA0002263044910000043
或
Figure BDA0002263044910000044
2)将输入的定子电压、电流在α-β轴坐标系的分量通过公式计算出转子磁链感应的反电动势如图2所示：
Figure BDA0002263044910000047
其中，rs表示电机定子电阻，Lσ为电机定转子漏感之和Lσ＝Lsσ+Lrσ，
Figure BDA0002263044910000048
表示在α-β坐标系的定子电压，
Figure BDA0002263044910000049
表示在α-β坐标系的定子电流，
Figure BDA00022630449100000410
表示在α-β坐标系的转子磁链感应反电动势。
3)将α-β坐标系的
Figure BDA00022630449100000411
或变换为d-q轴坐标系的电流id和iq，或
Figure BDA00022630449100000413
和
Figure BDA00022630449100000414
4)判断当前速度绝对值小于0.08时，直接赋值给Δωr；当前速度绝对值大于0.08时，
Figure BDA00022630449100000416
经PI调节器后的输出给Δωr。
5)Δωr与角速度给定
Figure BDA00022630449100000417
相加得角速度实际值信号ωr。
6)ωr既作为角速度反馈信号，又作为电流模型的输入信号。
7)给定速度与观测实际速度相减后，作为转速PI调节器(速度调节模块)的输入，输出转矩电流分量
Figure BDA00022630449100000418
实际转速低于0.08的时候，加入电动势
Figure BDA00022630449100000419
闭环。
8)转矩电流
Figure BDA0002263044910000051
经过电流模型计算后，得到转差频率。
Figure BDA0002263044910000052
转差频率Δω与实际角速度ωr相加得
Figure BDA0002263044910000053
再经过积分输出矢量变换所需要的
9)电流信号
Figure BDA0002263044910000055
经过Park变换后得到转矩电流
Figure BDA0002263044910000056
10)
Figure BDA0002263044910000057
与
Figure BDA0002263044910000058
经过直流电流PI调节器(直流电流调节模块)得到
Figure BDA0002263044910000059
11)
Figure BDA00022630449100000510
经过Park反变换得到再经过Clark反变换得到实际
Figure BDA00022630449100000512
12)将及
Figure BDA00022630449100000514
发送给变频器控制系统，利用SPWM方法输出脉冲波形，对变频器进行控制。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种高压变频器无速度传感器矢量控制系统，其特征在于，该系统包括：Clark变换模块、Park变换模块、转子磁链在定子侧感应的反电势计算模块、电动势校正模块、速度调节模块、直流电流调节模块、电流模型模块、反Park变换模块、反Clark变换模块、高压变频器和电机；
所述Clark变换模块用于将输入的实际定子电流
Figure FDA0002263044900000011
或定子电压
Figure FDA0002263044900000012
变换为α-β坐标系的电流
Figure FDA0002263044900000013
或电压
Figure FDA0002263044900000014
所述Park变换模块用于将α-β坐标系的电流
Figure FDA0002263044900000015
或反电动势
Figure FDA0002263044900000016
变换为在d-q轴坐标系的电流
Figure FDA0002263044900000017
或反电动势
Figure FDA0002263044900000018
所述反Park变换模块用于将d-q轴坐标系的电压
Figure FDA0002263044900000019
和
Figure FDA00022630449000000110
变换为α-β坐标系的电压
Figure FDA00022630449000000111
Figure FDA00022630449000000112
所述反Clark变换模块用于将α-β坐标系的电压
Figure FDA00022630449000000113
变换为期望的定子电压值
Figure FDA00022630449000000114
Figure FDA00022630449000000115
所述转子磁链在定子侧感应的反电势计算模块用于将输入的定子电压
Figure FDA00022630449000000116
和定子电流在α-β轴坐标系的电压分量
Figure FDA00022630449000000118
和电流分量
Figure FDA00022630449000000119
通过公式计算得到在α-β轴坐标系的反电动势分量
所述电流模型模块用于将在d-q轴坐标系下的电流分量
Figure FDA00022630449000000121
通过公式计算出期望转差角速度Δω*，然后再与转子速度ωr相加后，积分得到计算所用的转子磁链位置角
Figure FDA00022630449000000122
所述电动势校正模块，用于将转子磁链感应反电动势
Figure FDA00022630449000000123
通过PI调节器得到转差角速度Δωr，从而用来输入电流模型进行调节；
所述速度调节模块用于将输入给定转子转速
Figure FDA00022630449000000124
与反馈信号转子速度ωr之差，经过转速调节器得到转矩电流分量
Figure FDA00022630449000000125
为外部输入的给定转速信号；
所述直流电流调节模块用于将定子电流磁链分量与转矩分量的期望值与实际值进行比较后经PI调节器输出期望电压分量
Figure FDA00022630449000000126
2.根据权利要求1所述的一种高压变频器无速度传感器矢量控制系统，其特征在于，所述转子磁链在定子侧感应的反电势计算模块的计算过程为：在静止α-β坐标系下的电机状态方程为：
其中，rs表示电机定子电阻，Lσ为电机定转子漏感之和，即Lσ＝Lsσ+Lrσ，Lsσ为电机定子漏感，Lrσ为电机转子漏感；
Figure FDA0002263044900000021
表示在α-β坐标系的定子电压，
Figure FDA0002263044900000022
表示在α-β坐标系的定子电流，
Figure FDA0002263044900000023
表示在α-β坐标系的转子磁链在定子绕组上感应的电动势。
3.根据权利要求1所述的一种高压变频器无速度传感器矢量控制系统，其特征在于，所述电动势校正模块的校正过程具体为：如果d轴与转子磁链ψr重合，反电动势
Figure FDA0002263044900000024
否则
Figure FDA0002263044900000025
则
Figure FDA0002263044900000026
经PI调节器输出转差角速度Δωr；当速度当前给定值的绝对值大于0.08时，经过电动势校正环节；否则直接
Figure FDA0002263044900000027
直接赋值给Δωr。
4.根据权利要求1所述的一种高压变频器无速度传感器矢量控制系统，其特征在于，所述电流模型模块内部计算公式为：
Figure FDA0002263044900000029
其中，Tr为转子绕组时间常数，Lrσ为电机转子漏感，rr为电机转子电阻，ψr为转子磁链，Lr为转子绕组电感，λ为转子位置角，
Figure FDA00022630449000000212
为磁链位置角。
5.根据权利要求4所述的一种高压变频器无速度传感器矢量控制系统，其特征在于，所述电流模型模块中，当
Figure FDA00022630449000000213
时，则积分部分保持积分，改变输出值，从而改变
Figure FDA00022630449000000214
直到d轴与Ψr重合，此时
Figure FDA00022630449000000215
CN201911077879.9A 2019-11-06 2019-11-06 一种高压变频器无速度传感器矢量控制系统 Active CN110855208B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911077879.9A CN110855208B (zh) 2019-11-06 2019-11-06 一种高压变频器无速度传感器矢量控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911077879.9A CN110855208B (zh) 2019-11-06 2019-11-06 一种高压变频器无速度传感器矢量控制系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110855208A true CN110855208A (zh) 2020-02-28
CN110855208B CN110855208B (zh) 2021-05-11

Family

ID=69599870

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911077879.9A Active CN110855208B (zh) 2019-11-06 2019-11-06 一种高压变频器无速度传感器矢量控制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110855208B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19648534A1 (de) * 1996-11-24 1998-05-28 Innotas Gmbh Antriebs Und Sich Verfahren zur rotorflußorientierten Regelung eines Asynchronantriebs
JP2000312496A (ja) * 1999-04-23 2000-11-07 Hitachi Ltd 誘導電動機の制御方法
CN102420561A (zh) * 2011-12-01 2012-04-18 国电南京自动化股份有限公司 基于级联高压变频器无速度传感器矢量控制方法
CN103117703A (zh) * 2013-02-05 2013-05-22 南京工程学院 一种永磁同步电机无传感器控制方法及其控制装置
CN104579081A (zh) * 2014-12-29 2015-04-29 无锡新大力电机有限公司 空压机用永磁同步电机滑模无位置传感器控制方法
CN107994826A (zh) * 2017-12-12 2018-05-04 合肥工业大学 一种基于误差加权的全阶观测器无速度传感器控制系统
CN109167548A (zh) * 2018-09-16 2019-01-08 湖南沃森电气科技有限公司 一种异步电机矢量控制磁场定向矫正方法及其系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19648534A1 (de) * 1996-11-24 1998-05-28 Innotas Gmbh Antriebs Und Sich Verfahren zur rotorflußorientierten Regelung eines Asynchronantriebs
JP2000312496A (ja) * 1999-04-23 2000-11-07 Hitachi Ltd 誘導電動機の制御方法
CN102420561A (zh) * 2011-12-01 2012-04-18 国电南京自动化股份有限公司 基于级联高压变频器无速度传感器矢量控制方法
CN103117703A (zh) * 2013-02-05 2013-05-22 南京工程学院 一种永磁同步电机无传感器控制方法及其控制装置
CN104579081A (zh) * 2014-12-29 2015-04-29 无锡新大力电机有限公司 空压机用永磁同步电机滑模无位置传感器控制方法
CN107994826A (zh) * 2017-12-12 2018-05-04 合肥工业大学 一种基于误差加权的全阶观测器无速度传感器控制系统
CN109167548A (zh) * 2018-09-16 2019-01-08 湖南沃森电气科技有限公司 一种异步电机矢量控制磁场定向矫正方法及其系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
肖飞 等: "大功率永磁低速同步电机的无传感器控制", 《电力电子技术》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110855208B (zh) 2021-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7659688B2 (en) Method and system for resolver alignment in electric motor system
CN103187919B (zh) 一种永磁同步电机弱磁调速的系统和方法
KR101203250B1 (ko) 밸브 제어 장치
US6515446B1 (en) Motor control apparatus and control method
US20040007995A1 (en) Vector control system for permanent magnet sychronous machines using an open-loop parameter observer
EP3703245B1 (en) Method and system for controlling a permanent magnet machine without a mechanical position sensor
CN110890855A (zh) 一种电动汽车永磁同步电机的参数辨识方法
CN109782173B (zh) 异步电机励磁互感曲线测量系统及其测量方法
CN108092567A (zh) 一种永磁同步电动机转速控制系统及方法
CN106059419B (zh) 一种永磁同步电机并联矢量控制方案
GB2390766A (en) Vector control system for permanent magnet synchronous motor
EP2802072A1 (en) Power conversion device
CN110729940A (zh) 一种永磁同步电机初始相位检测方法
CN102647134A (zh) 一种永磁同步电机无角度传感器的效率优化控制方法
Kumar et al. Direct field oriented control of induction motor drive
CN108448965A (zh) 两相混合式步进电机的重载闭环驱动系统及方法
CN104767457A (zh) 直流变频压缩机运行过程中参数自适应的方法
CN101499762A (zh) 电动机驱动系统以及电动机控制方法
CN111030535B (zh) 一种异步电机电感参数在线辨识方法
JP3707528B2 (ja) 交流電動機の制御方法およびその制御装置
CN110601611A (zh) 补偿无刷直流电机反电动势常数的无位置控制系统
CN110855208B (zh) 一种高压变频器无速度传感器矢量控制系统
CN205725545U (zh) 一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统
CN106849803B (zh) 基于均匀分布边缘粒子滤波永磁同步电动机转速估计方法
CN112701969B (zh) 一种同步磁阻电机最大转矩电流比在线寻优方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant