CN111224592A - 一种非线性模型的永磁电机控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非线性模型的永磁电机控制方法，包括霍尔位置传感器、温度传感器、振动传感器，通过霍尔位置传感器与中央处理模块的协调，实现对永磁电机的矢量控制，通过温度传感器与振动传感器的有效检测，实现对永磁的智能过温保护以及故障分析。本发明通过对转子位置信息，实现对电机矢量控制，控制温度、有效；本发明通过温度传感器以振动传感器实现对电机的温度以及震动进行监测，实现对电机智能过温保护以及异常监测，减少电机故障，提高运行安全性。

Description

一种非线性模型的永磁电机控制方法
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，具体的说是一种非线性模型的永磁电机控制方法。
背景技术
永磁同步电机(Permanent magnetic synchronous machine,PMSM)是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机。永磁同步电机因其高效率、转矩波纹小、动态响应快等诸多优点，从民用控制领域到国防控制领域，都得到了广泛的应用。
而现有的永磁电机在长时间工作会产生高温或故障，因此需要对其进行有效的控制管理，使得智能处理高温以及故障分析。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明目的是提供一种步骤简单。易于实现、运行温度、智能监控保护的永磁电机控制方法。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种非线性模型的永磁电机控制方法，该方法包括；
通过霍尔位置传感器对永磁电机的转子位置进行检测，并输出相应的霍尔信号，通过多组温度传感器对永磁电机内部温度进行多点温度检测，并输出相应的温度信号，通过振动传感器对永磁电机的转轴震动进行检测，并输出相应的震动信号；
所述的霍尔信号传输至中央处理模块，温度信号传输至数据处理模块，震动信号传输至中央处理模块，而数据处理模块与所述中央处理模块信号连接；
所检测的霍尔信号为永磁电机中转子的位置信息，将当前位置信息作为Clarke变换、Park变换和反Park变换的参考值，以实现通过中央处理模块对永磁电机的矢量控制，同时通过霍尔位置传感器所检测的转子位置信息，中央处理模块对其进行有限元分析，所述的有限元分析是采用二维有限元法计算永磁电机的磁场和静态特性，并做相应的假设条件，对电机在不同转子位置和不同负载情况下的磁场进行了计算，从而了解永磁电机的磁场分布以及饱和情况，从而提高对永磁电机的矢量控制；
各点温度信号传输至数据处理模块，数据处理模块是一种可实现对数字信号进行分析计算的模块，其主要通过编程语音实现，所述的数据处理模块可将接收的多组温度数据进行分析计算，求取均值，得到最终温度信号，最终温度信号传输至中央处理模块，中央处理模块内部设置有第一温度阈值、第二温度阈值、第三温度阈值，且第一温度阈值＞第二温度阈值＞第三温度阈值，当最终温度信号达到第一温度阈值时，中央处理模块控制永磁电机进行停机，当最终温度信号处于第一温度阈值与第二温度阈值之间时，中央处理模块控制永磁电机进行降频工作，当最终温度低于第三温度阈值时，中央处理模块控制永磁电机正常工作；
震动信号传输至中央处理模块，中央处理模块内部设置有震动阈值，当震动信号达到震动阈值时，中央处理器模块控制永磁电机进停止工作。
还包括有电流传感器和电压传感器，所述电流传感器用于检测永磁电机中定子的当前电流，所述电压传感器用于检测永磁电机中定子的当前电压，所述电流传感器与电压传感器均与所述数据处理模块信号连接，所述数据处理模块内部预设有正常电流范围与正常电压范围，所检测的电流、电压会与正常电流范围、正常电压范围进行对比，如脱离正常范围，则数据处理模块会发送故障信号至中央处理模块，中央处理模块则停止永磁电机工作。
所述的降频工作为，当发出降频工作后，中央控制模块控制永磁电机阶梯降低其功率，每次降低永磁电机额定功率的10％，逐渐降低5次。
所述永磁电机经过5次降频，工作一段时间后，如数据处理模块得出的最终温度数据低于第三温度阈值，则中央处理模块控制电机依次升频，直至升直额定功率，如还高于第三温度阈值中央处理模块再降频10％,再工作一段时间检测温度，直至最终温度低于第三温度阈值。
所述最终温度计算公式为
Figure BDA0002361874140000031
其中Ti为最终温度，N为温度传感器的数量，T1+T2+.....+TN为N组温度传感检测的温度数据相加的总值。
所述震动信号达到震动阈值后，永磁电机停止工作，一段时间后，中央处理模块重新启动永磁电机，工作一段时间，之后如还是达到震动阈值，中央处理器模块永久停止永磁电机工作，并发出相应警报信号。
所述中央处理器模块以及数据处理模块的工作均通过C编程语音构建的脚本实现。
本发明具有以下的有益效果：
1、本发明步骤简单，易于实现；
2、本发明通过对转子位置信息，实现对电机矢量控制，控制温度有效；
3、本发明通过温度传感器以振动传感器实现对电机的温度以及震动进行监测，实现对电机智能过温保护以及异常监测，减少电机故障，提高运行安全性。
附图说明
图1为本发明控制系统结构示意图；
图2为本发明中降频工作流程结构示意图；
图3为本发明中震动检查的流程结构示意图。
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做出创造性劳动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。
实施例一
请参阅图1，一种非线性模型的永磁电机控制方法，改方法包括；
通过霍尔位置传感器对永磁电机的转子位置进行检测，并输出相应的霍尔信号，通过多组温度传感器对永磁电机内部温度进行多点温度检测，并输出相应的温度信号，通过振动传感器对永磁电机的转轴震动进行检测，并输出相应的震动信号；
所述的霍尔信号传输至中央处理模块，温度信号传输至数据处理模块，震动信号传输至中央处理模块，而数据处理模块与所述中央处理模块信号连接；
所检测的霍尔信号为永磁电机中转子的位置信息，将当前位置信息作为Clarke变换、Park变换和反Park变换的参考值，以实现通过中央处理模块对永磁电机的矢量控制，同时通过霍尔位置传感器所检测的转子位置信息，并将转子位置信息送入中央处理模块对其进行有限元分析，所述的有限元分析是采用二维有限元法计算永磁电机的磁场和静态特性，并做相应的假设条件，对电机在不同转子位置和不同负载情况下的磁场进行了计算，从而了解永磁电机的磁场分布以及饱和情况，以提高对永磁电机的矢量控制效果；
各点温度信号传输至数据处理模块，数据处理模块是一种可实现对数字信号进行分析计算的模块，其主要通过编程语音实现，所述的数据处理模块可将接收的多组温度数据进行分析计算，求取均值，得到最终温度信号，最终温度信号传输至中央处理模块，中央处理模块内部设置有第一温度阈值、第二温度阈值、第三温度阈值，且第一温度阈值＞第二温度阈值＞第三温度阈值，当最终温度信号达到第一温度阈值时，中央处理模块控制永磁电机进行停机，当最终温度信号处于第一温度阈值与第二温度阈值之间时，中央处理模块控制永磁电机进行降频工作，当最终温度低于第三温度阈值时，中央处理模块控制永磁电机正常工作；
震动信号传输至中央处理模块，中央处理模块内部设置有震动阈值，当震动信号达到震动阈值时，中央处理器模块控制永磁电机进停止工作。
实施例二
请参阅图1，一种非线性模型的永磁电机控制方法，实施例一还包括有电流传感器和电压传感器，所述电流传感器用于检测永磁电机中定子的当前电流，所述电压传感器用于检测永磁电机中定子的当前电压，所述电流传感器与电压传感器均与所述数据处理模块信号连接，所述数据处理模块内部预设有正常电流范围与正常电压范围，所检测的电流、电压会与正常电流范围、正常电压范围进行对比，如脱离正常范围，则数据处理模块会发送故障信号至中央处理模块，中央处理模块则停止永磁电机工作，使得对永磁电机的故障具有智能检测并处理的效果，从而保证永磁电机安全工作。
实施例三
请参阅图1、图2，一种非线性模型的永磁电机控制方法，实施例一中所述的降频工作为，当发出降频工作后，中央控制模块控制永磁电机阶梯降低其功率，每次降低永磁电机额定功率的10％，逐渐降低5次，经过5次降频后，工作一段时间后，如数据处理模块得出的最终温度数据低于第三温度阈值，则中央处理模块控制电机依次升频，直至升直额定功率，如还高于第三温度阈值中央处理模块再降频10％,再工作一段时间检测温度，直至最终温度低于第三温度阈值，通过智能控制可避免永磁电机过温工作，减少永磁电机故障，保证永磁电机的工作稳定、安全。
其中，实施例一中所述的最终温度计算公式为
Figure BDA0002361874140000061
其中Ti为最终温度，N为温度传感器的数量，T1+T2+.....+TN为N组温度传感检测的温度数据相加的总值，通过求取均值，保证检测的温度更加精准，对永磁电机的控制更加准确。
实施例四
请参阅图1、图3，一种非线性模型的永磁电机控制方法，实施例一中，所述的震动信号达到震动阈值后，永磁电机停止工作，一段时间后，中央处理模块重新启动永磁电机，工作一段时间，之后如还是达到震动阈值，中央处理器模块永久停止永磁电机工作，并发出相应警报信号，通过工作一段时间，再次检测震动信号，可最大程度的避免震动信号误报，造成停机影响，当确认电机故障时，停机报警可保证永磁电机的安全性能，以及及时告知工作人员对其进行故障排除。
所述中央处理模块以及数据处理模块的工作均通过C编程语音构建的脚本实现，C编程语音与诸多的工具库相兼容，通过C编程语言能够对其实现智能控制管理的效果。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种非线性模型的永磁电机控制方法，其特征在于：该方法包括；
通过霍尔位置传感器对永磁电机的转子位置进行检测，并输出相应的霍尔信号，通过多组温度传感器对永磁电机内部温度进行多点温度检测，并输出相应的温度信号，通过振动传感器对永磁电机的转轴震动进行检测，并输出相应的震动信号；
所述的霍尔信号传输至中央处理模块，温度信号传输至数据处理模块，震动信号传输至中央处理模块，而数据处理模块与所述中央处理模块信号连接；
所检测的霍尔信号为永磁电机中转子的位置信息，将当前位置信息作为Clarke变换、Park变换和反Park变换的参考值，以实现通过中央处理模块对永磁电机的矢量控制，同时通过霍尔位置传感器所检测的转子位置信息，并将转子位置信息送入中央处理模块对其进行有限元分析；
各点温度信号传输至数据处理模块转换成数字信号并对其进行分析计算求取均值，得到最终温度信号，将最终温度信号传输至中央处理模块，中央处理模块内部设置有第一温度阈值、第二温度阈值、第三温度阈值，且第一温度阈值＞第二温度阈值＞第三温度阈值，当最终温度信号达到第一温度阈值时，中央处理模块控制永磁电机进行停机，当最终温度信号处于第一温度阈值与第二温度阈值之间时，中央处理模块控制永磁电机进行降频工作，当最终温度低于第三温度阈值时，中央处理模块控制永磁电机正常工作；
震动信号传输至中央处理模块，中央处理模块内部设置有震动阈值，当震动信号达到震动阈值时，中央处理模块控制永磁电机进停止工作。
2.根据权利要求1所述的一种非线性模型的永磁电机控制方法，其特征在于：还包括有电流传感器和电压传感器，所述电流传感器用于检测永磁电机中定子的当前电流，所述电压传感器用于检测永磁电机中定子的当前电压，所述电流传感器与电压传感器均与所述数据处理模块信号连接，所述数据处理模块内部预设有正常电流范围与正常电压范围，所检测的电流、电压会与正常电流范围、正常电压范围进行对比，如脱离正常范围，则数据处理模块会发送故障信号至中央处理模块，中央处理模块则停止永磁电机工作。
3.根据权利要求1所述的一种非线性模型的永磁电机控制方法，其特征在于：所述的降频工作为，当发出降频工作后，中央控制模块控制永磁电机阶梯降低其功率，每次降低永磁电机额定功率的10％，逐渐降低5次。
4.根据权利要求3所述的一种非线性模型的永磁电机控制方法，其特征在于：所述永磁电机经过5次降频，工作一段时间后，如数据处理模块得出的最终温度数据低于第三温度阈值，则中央处理模块控制电机依次升频，直至升直额定功率,如还高于第三温度阈值中央处理模块再降频10％,再工作一段时间检测温度，直至最终温度低于第三温度阈值。
5.根据权利要求1所述的一种非线性模型的永磁电机控制方法，其特征在于：所述最终温度计算公式为
Figure FDA0002361874130000021
其中Ti为最终温度，N为温度传感器的数量，T1+T2+.....+TN为N组温度传感检测的温度数据相加的总值。
6.根据权利要求1所述的一种非线性模型的永磁电机控制方法，其特征在于：所述震动信号达到震动阈值后，永磁电机停止工作，一段时间后，中央处理模块重新启动永磁电机，工作一段时间，之后如还是达到震动阈值，中央处理模块永久停止永磁电机工作，并发出相应警报信号。
7.根据权利要求1所述的一种非线性模型的永磁电机控制方法，其特征在于：所述中央处理模块以及数据处理模块的工作均通过C编程语音构建的脚本实现。
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