CN113381669A - 变频驱动独立式自学习控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频驱动独立式自学习控制装置，包括依次连接的接口适配单元、解析单元及静态存储器，解析单元还依次连接存储单元和运算单元；运算单元还直接与解析单元连接。本发明还公开了一种变频驱动独立式自学习控制装置的控制方法，采用本发明极大提升了变频电驱传动系统对于自学习需求配置的灵活性，极大缩短了用户调试时间，节省更换或改造原有系统的生产成本。

Description

变频驱动独立式自学习控制装置及方法

技术领域

本发明属于自动化控制技术领域，涉及一种变频驱动独立式自学习控制装置，本发明还涉及上述控制装置的控制方法。

背景技术

变频驱动技术是目前公认的电机节能技术之一，具有调速范围宽、调速精度高、动态响应快、运行效率高、系统功率因数高、操作方便等一系列优点，已成为当今传统工业升级，提高生产设备自动化水平，提高产品质量和推动技术进步的重要手段，变频自动化控制系统是变频驱动系统中的关键组成部分，其中自学习功能是变频器个性化选配的一种重要功能，可实现电机精准控制，快速调试，智能测算等功能。通常，电机在输入设定参数的时候，一般只输入转速、极对数、电压，电流这些参数，电机的定子电感、定子与转子之间的互感、定子电阻，转子电阻，这些参数对于变频器是未知的，即便将其测出并设定，更换电机设备后，由于每个电机都存在差异，这些参量再次变为未知，自学习功能便可以有效解决这些问题，目前，自学习功能集成在某些品牌或型号的变频器中，在设备改造或升级过程中，若期望使电驱系统具备自学习功能，则需要更换变频设备，并整改整个系统，生产周期长，成本高，且自学习功能受到集成度限制，可扩展性较低，不方便定制。

发明内容

本发明的目的是提供一种变频驱动独立式自学习控制方法，采用该方法极大提升了变频电驱传动系统对于自学习需求配置的灵活性，极大缩短了用户调试时间，节省更换或改造原有系统的生产成本。

本发明的目的是还提供一种变频驱动独立式自学习控制方法的变频驱动独立式自学习控制装置。

本发明采用的第一种技术方案是，变频驱动独立式自学习控制方法，具体包括如下步骤：

步骤1，用工业以太网将自学习控制装置与电驱变频系统连接，通过电驱变频系统中的主控制器发送指令打开自学习控制装置的自学习功能；

步骤2，HMI询问用户是否进行初始化，初始化进程将重置静态存储器数据，并清空存储单元中选定的设定存储区数据；

步骤3，运算单元通过接口适配单元和解析单元检测到初始化完成步骤后，运算单元依次通过解析单元、接口适配单元和电驱变频系统中的主控制器原路反馈指令，电驱变频系统中的主控制器将接收到该反馈指令，依次使变频控制器、变频驱动器发送电流给变频电机，直到主控制器中的数据不再变化，此时变频电机转子处于静止状态；

步骤4，变频电机感知到步骤3中的静态电流后，将会通过检测装置反馈变频电机中的定子电感、定子与转子之间的互感、定子电阻及转子电阻；

步骤5，重复执行步骤4，直到检测到的定子电感、定子与转子之间的互感、定子电阻及转子电阻这些数据不再变化，得到电机静态模型数据，该初步电机静态模型数据经由电驱变频系统中的主控制器、接口适配单元和解析单元存储于静态存储器中；

步骤6，把步骤5得到的电机静态模型数据通过解析单元转至运算单元中，在运算单元中分析出动态测量的变频算法因子；

步骤7，运算单元通过解析单元和接口适配单元发送启动变频电机的以太网通讯指令，按照额定负载30%以下运转，变频电机动态运行后，运算单元依次通过解析单元、接口适配单元发送命令给电驱变频系统中的主控制器，电驱变频系统中的主控制器再依次通过变频控制器、变频驱动器发送电流到变频电机；

步骤8，按照步骤7的相反路径，电驱变频系统中的主控制器接收变频电机的反馈信号，按照额定负载30%以下运转，变频电机动态运行后，自学习装置再令电驱变频系统中的主控制器发送电流到变频电机并接收反馈信号，此时运算单元将对比电机静态模型数据再次优化步骤6的变频算法因子，从而生成动态模型，动态模型锁存于存储单元中的各设定存储区内；

步骤9，经步骤1~8后，自学习控制装置测算出变频电机的变频控制模型，变频控制模型是电机静态模型和动态模型结合后的模型。

本发明采用的第二种技术方案是，变频驱动独立式自学习控制方法的变频驱动独立式自学习控制装置，包括依次连接的接口适配单元、解析单元及静态存储器，解析单元还依次连接存储单元和运算单元；运算单元还直接与解析单元连接。

本发明采用的第二种技术方案的特点还在于：

存储单元包括n个并联连接的设定存储区，分别为设定存储区一、设定存储区二、......、设定存储区n。

接口适配单元包括LED面板。

解析单元为DSP组件。

本发明的有益效果是，本发明提供的一种变频驱动独立式自学习控制方法，极大提升了变频电驱传动系统对于自学习需求配置的灵活性，用户更换控制驱动对象时，安装有本发明装置的系统可以做到参数快速匹配，极大缩短了用户调试时间，并节省了更换或改造原有系统的生产成本，使整个电驱系统更加智能化，并使原有系统安全性得到有效提升。

附图说明

图1是本发明变频驱动独立式自学习控制方法的流程图；

图2是本发明变频驱动独立式自学习控制装置的组成框图；

图3是本发明变频驱动独立式自学习控制装置在变频驱动系统中的接入位置与信号流向示意图，其中单线框表示变频驱动系统的一般化组成模型，双线框表示本发明的自学习装置。

图中，1.接口适配单元，2.解析单元、3.静态存储器，4.存储单元，5.运算单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明变频驱动独立式自学习控制方法，如图1所示，具体过程如下：

步骤1，用工业以太网线连接本发明的自学习装置到原有电驱变频系统中，通过主控制器直接传送指令或使用操作界面HMI打开自学习装置的自学习功能，则自学习装置中的软件（固化在单板机的各个芯片的软件均被激活）被激活。

步骤2，HMI询问用户是否进行初始化：首次使用有必要进行初始化操作，非首次使用则可以跳过此步骤；初始化进程将重置静态存储器3数据，并清空选定的设定存储区数据，重新选择控制对象类别并根据选择对象配置参数，保存数据后进入步骤3。

步骤3，进入静态自学习线程：运算单元5通过接口适配单元1和解析单元2检测到初始化完成步骤后（初始化信号采集和执行命令是通过主系统的主控制器完成的，则主控制器的数据必须经过接口适配单元1和解析单元2的传输和转换，才能到达运算单元5），运算单元5依次通过解析单元2、接口适配单元1和主控制器原路反馈指令，则变频设备主控制器将接收到这一指令，依次使变频控制器、变频驱动器发送一次或多次电流给变频电机，直到数据趋于稳定，并符合用户评估，此时变频电机转子处于静止状态。

步骤4，检测变频电机状态：变频电机感知到上一步静态电流后，将会通过检测装置（例如测速变压器，编码器，电流传感器等）反馈定子电感、定子与转子之间的互感、定子电阻、转子电阻这些参数，重复此步骤若干次，直到数据趋于稳定，并符合用户评估，得到初步电机静态模型数据（该数据是一种结构化的矩阵类型数据，包含检测量和计算值的中间值与结果值），该数据经由主控制器、接口适配单元1和解析单元2存储于静态存储器3中。主控制器、接口适配单元1、解析单元2在变频电机检测过程中都会锁存一些运行数据，运算单元将辨析有效数据进行数据转化与归类，进而形成电机静态模型矩阵，并存储于静态存储器3中。

步骤5，调整运算因子：把步骤4得到电机静态模型数据通过解析单元2转至运算单元5中，在运算单元5中分析出需要动态测量或者可优化的变频算法因子，对原有算法做出调整。

运转的具体过程为：运算单元先进行参数辨识，对静态模型中电感、电阻、磁链等参量进行对比和估计，对于波动较大或未在预计合理范围内的数值进行标定，便于进一步进行动态测量或直接优化变频算法因子，可优化因子是程序预先设定好的可调节变量，包括转速和误差修正系数，具有权限的操作者可以调出该变量直接进行修改，默认情况下，数据标定后进入动态测量即动态自学习线程。

变频算法因子包括电机相电压、相电流、电枢电阻、磁链等参数的影响因子。

在自学习程序中编写变频电机的可调节电压关系方程：式中，k1、k2、k3为电压影响因子，Ra、Rb、Rc为三相电机定子电枢电阻，可由电机设计参数直接确定，ψa 、ψb 、ψc分别为三相磁链，ia、ib、ic 分别为三相的相电流。公式（1）为三相静止坐标系下定子电压方程：

（1）；

其中，

介入磁链影响因子

，并限定于下式，其中Laa、Lbb、Lcc为各相绕组自感， Mab、Mac、Mbc等为绕组之间互感，检测装置经主控制器检测各相数值传输到自学习装置中进行矩阵填充，ψ是电机永磁体磁链，θ为转子N极和a相轴线之间的夹角，三相静止坐标系下磁链方程：

（2）；

步骤6，进入动态自学习线程，运算单元5通过解析单元2和接口适配单1元发送启动电机以及按一定转速运转的以太网通讯指令，为保障安全及测算参数有效，按照额定负载30%以下运转，变频电机动态运行后，运算单元5依次通过解析单元2、接口适配单元1发送命令给主控制器，主控制器再依次通过变频控制器、变频驱动器发送电流到变频电机。按照以上路径的相反方向，接收变频电机的反馈信号；

此时运算单元5将对比静态模型进一步优化步骤5的运算因子，从而生成动态模型（动态自学习线程中，运算单元5依次通过解析单元2、接口适配单元1采集到主控制器中的数据，因在步骤5中已经进行了数据标定，所以在此步骤6中替换标定值为动态测算值即可，同时，类似步骤5，可优化因子是程序预先设定好的可调节变量，包括转速和误差修正系数，具有权限的操作者可以调出该变量直接进行修改，默认情况下，替换标定值为动态测算值，进而以最新数据组成模型矩阵，从而生成了动态模型），动态模型锁存于存储单元4中的各设定存储区内，自学习装置可以保存存储器容量内的多个动态模型。

步骤7，关闭自学习功能，经步骤1~6后，本发明自学习装置测算出电机的变频控制模型（变频控制模型是静态模型和动态模型结合后的模型），此时可以选择重新学习或关闭自学习功能，系统把自学习装置模型数据发送到主控制器，从而达到以这种主动方式控制变频电机精确运行的目的。

本发明变频驱动独立式自学习控制方法采用的变频驱动独立式自学习控制装置，如图2所示，包括依次连接的接口适配单元1、解析单元2及静态存储器3，解析单元2还依次连接存储单元4和运算单元5；运算单元5还直接与解析单元2连接。

存储单元4包括n个并联连接的设定存储区，分别为设定存储区一、设定存储区二、......、设定存储区n。

接口适配单元1包括LED面板及转换网关，便于用户操作，或者直接在用户操作界面HMI上安装本发明控制方法的自学习软件程序，同样可以进行对本发明自学习装置的操作。

本发明基于嵌入式单板机，可以是定制的，也可以是基于ARM9的现成产品，解析单元2基于单板机的信息处理部件，可以为DSP组件，运算单元5是CPU（中央处理器）即基于ARM9的芯片级电路。运算单元5通过CPU内部运算线程实现。

解析单元2与接口适配单元1、静态存储器3、设定存储区4、运算单元5相连，解析单元2处理接口适配单元1发送来的数据，将该数据传送到静态存储器3或存储单元4中；或者，解析单元2接收静态存储器3发来的数据并发送到运算单元5中，完成静态建模输入，解析单元2发送或接收运算单元5的执行输入或计算结果，并对静态建模后产生电机静态模型信息进行处理后传送给接口适配单元1；

静态存储器3与解析单元2和接口适配单元1相连，静态存储器3存储变频电机的转速、极对数、电压，电流等基本参数；

存储单元4与解析单元2和运算单元5相连，存储单元4中的n个设定存储区根据驱动对象类型和数量进行动态划分及存储，方便扩展；设定存储区的数量与驱动对象类型和数量有关。

运算单元5与存储单元4和解析单元2相连，运算单元5用于根据存储单元4中的设定存储区和解析单元2中的数据建立电机数学模型，并发送更新设定存储区的指令，使建立完成的数学模型锁存在存储单元4中的设定存储区中。

如图3所示，将本发明一种变频驱动独立式自学习控制装置安装在变频驱动系统中时，本发明中的自学习装置通过工业以太网与电驱变频设备的主控制器相连；

本发明中的自学习装置采用以ARM9为核心元件的嵌入式单板机，体积小，功耗低，接收来自主控制器的指令与反馈信息，并直接采用以太网供电技术获取控制电源，自学习装置中的软件通过主控制器发送指令激活，主控制器通过以太网总线接收自学习装置的计算模型输出指令包，从而依次发送给变频控制器和变频驱动器，进而控制变频电机。

自学习装置与系统主控制器通过工业以太网相连，以太网总线直接连入本发明的自学习装置中的接口适配单元1，从而实现自学习装置与主控制器之间实时互通数据。

接口适配单元1一方面接收主控制器采集到的电机数据，另一方面将解析单元2处理得到的执行指令数据集通过以太网总线发送给主控制器；（例如可选用型号为AB7318的接口适配单元1）。

具有权限的用户可以开启、关闭自学习装置或仅启用其中的一部分功能。

Claims (5)

1.变频驱动独立式自学习控制方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

步骤1，用工业以太网将自学习控制装置与电驱变频系统连接，通过电驱变频系统中的主控制器发送指令打开自学习控制装置的自学习功能；

步骤2，HMI询问用户是否进行初始化，初始化进程将重置静态存储器（3）数据，并清空存储单元中选定的设定存储区数据；

步骤3，运算单元通过接口适配单元和解析单元检测到初始化完成步骤后，运算单元依次通过解析单元、接口适配单元和电驱变频系统中的主控制器原路反馈指令，电驱变频系统中的主控制器将接收到该反馈指令，依次使变频控制器、变频驱动器发送电流给变频电机，直到主控制器中的数据不再变化，此时变频电机转子处于静止状态；

步骤4，变频电机感知到步骤3中的静态电流后，将会通过检测装置反馈变频电机中的定子电感、定子与转子之间的互感、定子电阻及转子电阻；

步骤5，重复执行步骤4，直到检测到的定子电感、定子与转子之间的互感、定子电阻及转子电阻这些数据不再变化，得到电机静态模型数据，该初步电机静态模型数据经由电驱变频系统中的主控制器、接口适配单元和解析单元存储于静态存储器中；

步骤6，把步骤5得到的电机静态模型数据通过解析单元转至运算单元中，在运算单元中分析出动态测量的变频算法因子；

步骤7，运算单元通过解析单元和接口适配单元发送启动变频电机的以太网通讯指令，按照额定负载30%以下运转，变频电机动态运行后，运算单元依次通过解析单元、接口适配单元发送命令给电驱变频系统中的主控制器，电驱变频系统中的主控制器再依次通过变频控制器、变频驱动器发送电流到变频电机；

步骤8，按照步骤7的相反路径，电驱变频系统中的主控制器接收变频电机的反馈信号，按照额定负载30%以下运转，变频电机动态运行后，自学习装置再令电驱变频系统中的主控制器发送电流到变频电机并接收反馈信号，此时运算单元将对比电机静态模型数据再次优化步骤6的变频算法因子，从而生成动态模型，动态模型锁存于存储单元中的各设定存储区内；

步骤9，经步骤1~8后，自学习控制装置测算出变频电机的变频控制模型，变频控制模型是电机静态模型和动态模型结合后的模型。

2.根据权利要求1所述的变频驱动独立式自学习控制方法的变频驱动独立式自学习控制装置，其特征在于：包括依次连接的接口适配单元（1）、解析单元（2）及静态存储器（3），解析单元（2）还依次连接存储单元（4）和运算单元（5）；运算单元（5）还直接与解析单元（2）连接。

3.根据权利要求2所述的变频驱动独立式自学习控制装置，其特征在于：所述存储单元（4）包括n个并联连接的设定存储区，分别为设定存储区一、设定存储区二、......、设定存储区n。

4.根据权利要求2所述的变频驱动独立式自学习控制装置，其特征在于：所述接口适配单元（1）包括LED面板。

5.根据权利要求2所述的变频驱动独立式自学习控制装置，其特征在于：所述解析单元（2）为DSP组件。

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