CN114189188B - 参数失配下的异步电机控制方法及控制配套速度调节方法 - Google Patents

参数失配下的异步电机控制方法及控制配套速度调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明的参数失配下的异步电机控制方法及控制配套速度调节方法，本发明的速度调节方法及装置依据接收到的实际转速以及预设定的转速参考值计算第一输出电流值，再依据接收到的转子磁链观测值、转子磁链参考值、d轴电流值、预设定的电流最大值计算q轴电流最大限幅值，再依据计算得到的q轴电流最大限幅值与预设定的q轴电流最小限幅值进行限幅运算从而确定第二输出电流值；其中，q轴电流最大限幅值与转子磁链参考值有关，当突加负载时，实际转速下降，q轴电流增大，转子磁链观测值减小，从而q轴电流最大限幅值减小，这样就限制了q轴电流的增大，从而避免了系统的失控，提高了系统的鲁棒性。

Description

参数失配下的异步电机控制方法及控制配套速度调节方法
技术领域
本发明属于电动工业车辆电机控制领域，具体为参数失配下的异步电机控制方法及控制配套速度调节方法。
背景技术
近年来，工业电动车辆由于其节能和零排放等特点引起了人们的极大兴趣，在工业生产中得到了广泛的应用。为了实现宽范围速度控制，电动工业车辆控制系统通常采用转速反比弱磁方案，其具有实现简单可靠的特点。但是在高速运行阶段，电动工业车辆控制系统的鲁棒性差。在电机参数失配的情况下，高速抗干扰能力较差，甚至出现电机失控的现象。因此本专利提出一种新的速度环控制方案，以提高系统鲁棒性，避免系统在高速运行时失控。
发明内容
针对电动工业车辆用异步电机存在参数不准确时导致高速失控的问题，提出参数失配下的异步电机控制方法及控制配套速度调节方法，保证电动工业车辆在高速运行时，具备良好的抗负载扰动能力和电磁转矩输出能力，从而提高了系统的鲁棒性。
本发明参数失配下的异步电机控制方法配套速度调节方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、依据接收到的实际转速以及预设定的转速参考值计算第一输出电流值；
所述依据接收到的实际转速以及预设定的转速参考值计算第一输出电流值的步骤包括：
子步骤S1.1、依据接收到的实际转速以及预设定的转速参考值计算误差值；
子步骤S1.2、按照预设定的比例系数对所述误差值进行放大从而获得第一电流值；
子步骤S1.3、按照预设定的积分系数对所述误差值进行积分从而获得第二电流值；
子步骤S1.4、依据所述第二电流值及所述第一电流值计算第一输出电流值；
S2、依据接收到的实际转速进行弱磁计算得到转子磁链参考值；
所述依据接收到的实际转速进行弱磁计算得到转子磁链参考值的步骤包括：
子步骤S2.1：判断实际转速是否小于预设定的额定转速，如果是，则执行步骤S2.2；如果否，则执行步骤S2.3；
子步骤S2.2：确定转子磁链参考值为预设定的转子磁链额定值；
子步骤S2.3：依据实际转速、预设定的额定转速以及预设定的转子磁链额定值确定转子磁链参考值；
S3、依据接收到的转子磁链观测值、转子磁链参考值、d轴电流值、预设定的电流最大值计算q轴电流最大限幅值；
所述依据接收到的转子磁链观测值、转子磁链参考值、d轴电流值、预设定的电流最大值计算q轴电流最大限幅值的步骤包括：
子步骤S3.1：依据接收到的转子磁链观测值、d轴电流值、预设定的转子磁链参考值以及预设定的电流最大值计算第一限幅值；
子步骤S3.2：依据预设定的电流最大值以及d轴电流值计算第二限幅值；
子步骤S3.3：当所述第一限幅值小于第二限幅值时，确定q轴电流最大限幅值为第一限幅值；
子步骤S3.4：当所述第二限幅值小于第一限幅值时，确定q轴电流最大限幅值为第二限幅值；
S4、依据计算得到的q轴电流最大限幅值与预设定的q轴电流最小限幅值对所述第一输出电流值进行限幅运算从而确定第二输出电流值即所述速度调节装置的输出电流；
所述依据计算得到的q轴电流最大限幅值与预设定的q轴电流最小限幅值对所述第一输出电流值进行限幅运算从而确定第二输出电流值即所述速度调节装置的输出电流的步骤包括：
子步骤S4.1、当所述第一输出电流值大于q轴电流最大限幅值时，确定所述第二输出电流值为所述q轴电流最大限幅值；
子步骤S4.2、当所述第一输出电流值小于q轴电流最小限幅值时，确定所述第二输出电流值为所述q轴电流最小限幅值；
子步骤S4.3、当所述第一输出电流值大于或等于q轴电流最小限幅值且小于或等于q轴电流最大限幅值时，确定所述第二输出电流值为所述第一输出电流值。
作为本发明调节方法进一步改进，所述子步骤S2.3转子磁链参考值通过下式计算：
其中，ψr ref为转子磁链参考值，ψrrate为预设定的转子磁链额定值，ωrate为预设定的额定转速，ωr为实际转速。
本发明所述的参数失配下的异步电机控制方法，所述电机驱动控制方法包括：
接收电路参数采集单元采集并传输的相电流、相电压，接收速度传感器采集并传输的实际转速；
依据所述相电流、相电压以及实际转速计算转子磁链观测值、相位观测值、d轴电流以及q轴电流；
依据所述实际转速经弱磁计算得到转子磁链参考值；
依据所述实际转速以及预设定的转速参考值按所述速度调节方法确定q轴电流给定量；
依据所述转子磁链参考值以及转子磁链观测值确定d轴电流给定量；
依据所述q轴电流给定量以及所述q轴电流确定q轴电压给定量；
依据所述d轴电流给定量以及所述d轴电流确定d轴电压给定量；
依据所述q轴电压给定量及所述d轴电压给定量生成脉宽调制信号；
所述速度调节方法具体如下；
S1、依据接收到的实际转速以及预设定的转速参考值计算第一输出电流值；
所述依据接收到的实际转速以及预设定的转速参考值计算第一输出电流值的步骤包括：
子步骤S1.1、依据接收到的实际转速以及预设定的转速参考值计算误差值；
子步骤S1.2、按照预设定的比例系数对所述误差值进行放大从而获得第一电流值；
子步骤S1.3、按照预设定的积分系数对所述误差值进行积分从而获得第二电流值；
子步骤S1.4、依据所述第二电流值及所述第一电流值计算第一输出电流值；
S2、依据接收到的实际转速进行弱磁计算得到转子磁链参考值；
所述依据接收到的实际转速进行弱磁计算得到转子磁链参考值的步骤包括：
子步骤S2.1：判断实际转速是否小于预设定的额定转速，如果是，则执行步骤S2.2；如果否，则执行步骤S2.3；
子步骤S2.2：确定转子磁链参考值为预设定的转子磁链额定值；
子步骤S2.3：依据实际转速、预设定的额定转速以及预设定的转子磁链额定值确定转子磁链参考值；
具体地，转子磁链参考值通过下式计算：
其中，ψr ref为转子磁链参考值，ψrrate为预设定的转子磁链额定值，ωrate为预设定的额定转速，ωr为实际转速。
S3、依据接收到的转子磁链观测值、转子磁链参考值、d轴电流值、预设定的电流最大值计算q轴电流最大限幅值；
所述依据接收到的转子磁链观测值、转子磁链参考值、d轴电流值、预设定的电流最大值计算q轴电流最大限幅值的步骤包括：
子步骤S3.1：依据接收到的转子磁链观测值、d轴电流值、预设定的转子磁链参考值以及预设定的电流最大值计算第一限幅值；
子步骤S3.2：依据预设定的电流最大值以及d轴电流值计算第二限幅值；
子步骤S3.3：当所述第一限幅值小于第二限幅值时，确定q轴电流最大限幅值为第一限幅值；
子步骤S3.4：当所述第二限幅值小于第一限幅值时，确定q轴电流最大限幅值为第二限幅值；
S4、依据计算得到的q轴电流最大限幅值与预设定的q轴电流最小限幅值对所述第一输出电流值进行限幅运算从而确定第二输出电流值即所述速度调节装置的输出电流；
所述依据计算得到的q轴电流最大限幅值与预设定的q轴电流最小限幅值对所述第一输出电流值进行限幅运算从而确定第二输出电流值即所述速度调节装置的输出电流的步骤包括：
子步骤S4.1、当所述第一输出电流值大于q轴电流最大限幅值时，确定所述第二输出电流值为所述q轴电流最大限幅值；
子步骤S4.2、当所述第一输出电流值小于q轴电流最小限幅值时，确定所述第二输出电流值为所述q轴电流最小限幅值；
子步骤S4.3、当所述第一输出电流值大于或等于q轴电流最小限幅值且小于或等于q轴电流最大限幅值时，确定所述第二输出电流值为所述第一输出电流值。
相对于现有技术，本发明的速度调节方法及装置依据接收到的实际转速以及预设定的转速参考值计算第一输出电流值，再依据接收到的转子磁链观测值、转子磁链参考值、d轴电流值、预设定的电流最大值计算q轴电流最大限幅值，再依据计算得到的q轴电流最大限幅值与预设定的q轴电流最小限幅值进行限幅运算从而确定第二输出电压值；其中，q轴电流最大限幅值与转子磁链参考值有关，当突加负载时，实际转速下降，q轴电流增大，转子磁链观测值减小，从而q轴电流最大限幅值减小，这样就限制了q轴电流的增大，从而避免了系统的失控，提高了系统的鲁棒性。
附图说明
图1为本发明实施例所述的速度调节方法的流程图；
图2为图1中为步骤S1的具体流程图；
图3为图1中为步骤S2的具体流程图；
图4为图1中为步骤S3的具体流程图；
图5为图1中为步骤S4的具体流程图；
图6为异步电机控制系统图；
图7为图6中本发明提出的速度调节器限幅方案框图；
图8为采用传统速度环方案的仿真结果图；
图9为采用本发明提出的新的速度环方案的仿真结果图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明实施例提供了一种速度调节方法，用于依据实际转速对电流进行调节。请参阅图1，为本发明实施例提供的速度调节方法的流程图。该速度方法包括：
步骤S1、依据接收到的实际转速以及预设定的转速参考值计算第一输出电流值；
请参阅图2，为步骤S1的具体流程图。步骤S1包括：
子步骤S1.1、依据接收到的实际转速以及预设定的转速参考值计算误差值；
具体地，误差值可以通过以下算式进行计算：
Δω＝ωref-ωr
其中，Δω为误差值，ωref为预设定的速度参考值，ωr为实际转速。
子步骤S1.2、按照预设定的比例系数对所述误差值进行放大从而获得第一电流值；
具体地，第一电流值可通过以下算式进行计算：
out1＝Kp×Δω
其中，out1为第一电流值，Kp为预设定的比例系数。
子步骤S1.3、按照预设定的积分系数对所述误差值进行积分从而获得第二电流值；
具体地，第二电流值可通过以下算式进行计算：
out2＝Ki*∫Δωdt
其中，out2为第二电流值，Ki为预设定的积分系数。
子步骤S1.4、依据所述第二电流值及所述第一电流值计算第一输出电流值。
具体地，第一输出电流值可通过以下算式进行计算：
out0＝out1+out2
其中，out0为第一输出电流值。
步骤S2、依据接收到的实际转速进行弱磁计算得到转子磁链参考值；
请参阅图3，为步骤S2的具体流程图。步骤S2包括：
子步骤S2.1：判断实际转速是否小于预设定的额定转速，如果是，则执行子步骤S2.2；如果否，则执行子步骤S2.3.
子步骤S2.2：确定转子磁链参考值为预设定的转子磁链额定值。
子步骤S2.3：依据实际转速、预设定的额定转速以及预设定的转子磁链额定值确定转子磁链参考值。
具体地，转子磁链参考值可通过下式计算：
其中，ψr ref为转子磁链参考值，ψrrate为预设定的转子磁链额定值，ωrate为预设定的额定转速。
步骤S3、依据接收到的转子磁链观测值、转子磁链参考值、d轴电流值、预设定的电流最大值计算q轴电流最大限幅值；
请参阅图4，为步骤S3的具体流程图。步骤S3包括：
子步骤S3.1：依据接收到的转子磁链观测值、d轴电流值、预设定的转子磁链参考值以及预设定的电流最大值计算第一限幅值。
具体地，第一限幅值可通过以下算式进行计算：
其中，iqmax1为第一限幅值，为转子磁链观测值，Ismax为预设定的电流最大值，isd为d轴电流值。
子步骤S3.2：依据预设定的电流最大值以及d轴电流值计算第二限幅值。
具体地，第二限幅值可通过以下算式进行计算：
其中，iqmax2为第二限幅值。
子步骤S3.3：判断第一限幅值是否小于第二限幅值，如果是，则执行子步骤S3.4；如果否，则执行子步骤S3.5。
子步骤S3.4：确定q轴电流最大限幅值为第一限幅值。
子步骤S3.5：确定q轴电流最大限幅值为第二限幅值。
步骤S4、依据计算得到的q轴电流最大限幅值与预设定的q轴电流最小限幅值对所述第一输出电流值进行限幅运算从而确定第二输出电流值(即所述速度调节装置的输出电流)；
请参阅图5，为步骤S4的具体流程图。步骤S4包括：
子步骤S4.1：判断第一输出电流值是否大于q轴电流最大限幅值，如果是，则执行子步骤S4.2；如果否，则执行子步骤S4.3。
子步骤S4.2：确定第二输出电流值为q轴电流最大限幅值。
子步骤S4.3：判断第一输出电流值是否小于q轴电流最小限幅值，如果是，则执行子步骤S4.4；如果否，则执行子步骤S4.5。
子步骤S4.4：确定第二输出电流值为q轴电流最小限幅值。
子步骤S4.5：确定第二输出电流值为第一输出电流值。
采用图6图7所示的运用本发明提出的新的速度环的异步电机控制系统进行仿真。当采用传统速度环控制方案时，仿真结果如图8所示，可以看到突加负载之后，电磁转矩减小，速度持续下降，系统失控。当采用本发明提出的新的速度环控制方案时，仿真结果如图9所示，可以看到，当突加负载之后，实现了最大电磁转矩输出，速度下降之后又回升，系统仍然处于稳定状态。可见本发明保证了电动工业车辆在高速运行时，具备良好的抗负载扰动能力和电磁转矩输出能力，从而提高了系统的鲁棒性。
至此，便完成本发明的基本操作，本发明提出了一种新的速度环方案，考虑到在参数失配时转子磁链幅值的影响，能够有效的限制q轴电流的增大，从而提高了系统的鲁棒性，使得电动工业车辆用异步电机在高速能够更稳定的运行。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (2)

1.一种参数失配下的异步电机控制方法配套速度调节方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、依据接收到的实际转速以及预设定的转速参考值计算第一输出电流值；
所述依据接收到的实际转速以及预设定的转速参考值计算第一输出电流值的步骤包括：
子步骤S1.1、依据接收到的实际转速以及预设定的转速参考值计算误差值；
子步骤S1.2、按照预设定的比例系数对所述误差值进行放大从而获得第一电流值；
子步骤S1.3、按照预设定的积分系数对所述误差值进行积分从而获得第二电流值；
子步骤S1.4、依据所述第二电流值及所述第一电流值计算第一输出电流值；
S2、依据接收到的实际转速进行弱磁计算得到转子磁链参考值；
所述依据接收到的实际转速进行弱磁计算得到转子磁链参考值的步骤包括：
子步骤S2.1：判断实际转速是否小于预设定的额定转速，如果是，则执行子步骤S2.2；如果否，则执行子步骤S2.3；
子步骤S2.2：确定转子磁链参考值为预设定的转子磁链额定值；
子步骤S2.3：依据实际转速、预设定的额定转速以及预设定的转子磁链额定值确定转子磁链参考值；
转子磁链参考值通过下式计算：
其中，ψr ref为转子磁链参考值，ψrrate为预设定的转子磁链额定值，ωrate为预设定的额定转速，ωr为实际转速；
S3、依据接收到的转子磁链观测值、转子磁链参考值、d轴电流值、预设定的电流最大值计算q轴电流最大限幅值；
所述依据接收到的转子磁链观测值、转子磁链参考值、d轴电流值、预设定的电流最大值计算q轴电流最大限幅值的步骤包括：
子步骤S3.1：依据接收到的转子磁链观测值、d轴电流值、预设定的转子磁链参考值以及预设定的电流最大值计算第一限幅值；
第一限幅值通过以下算式进行计算：
其中，iqmax1为第一限幅值，为转子磁链观测值，Ismax为预设定的电流最大值，isd为d轴电流值；
子步骤S3.2：依据预设定的电流最大值以及d轴电流值计算第二限幅值；
具体地，第二限幅值通过以下算式进行计算：
其中，iqmax2为第二限幅值；
子步骤S3.3：当所述第一限幅值小于第二限幅值时，确定q轴电流最大限幅值为第一限幅值；
子步骤S3.4：当所述第二限幅值小于第一限幅值时，确定q轴电流最大限幅值为第二限幅值；
S4、依据计算得到的q轴电流最大限幅值与预设定的q轴电流最小限幅值对所述第一输出电流值进行限幅运算从而确定q轴电流给定量；
所述依据计算得到的q轴电流最大限幅值与预设定的q轴电流最小限幅值对所述第一输出电流值进行限幅运算从而确定q轴电流给定量的步骤包括：
子步骤S4.1、当所述第一输出电流值大于q轴电流最大限幅值时，确定所述q轴电流给定量为所述q轴电流最大限幅值；
子步骤S4.2、当所述第一输出电流值小于q轴电流最小限幅值时，确定所述q轴电流给定量为所述q轴电流最小限幅值；
子步骤S4.3、当所述第一输出电流值大于或等于q轴电流最小限幅值且小于或等于q轴电流最大限幅值时，确定所述q轴电流给定量为所述第一输出电流值。
2.一种参数失配下的异步电机控制方法，其特征在于：所述异步电机控制方法包括：
接收电路参数采集单元采集并传输的相电流、相电压，接收速度传感器采集并传输的实际转速；
依据所述相电流、相电压以及实际转速计算转子磁链观测值、相位观测值、d轴电流以及q轴电流；
依据所述实际转速经弱磁计算得到转子磁链参考值；
依据所述实际转速以及预设定的转速参考值按速度调节方法确定q轴电流给定量；
依据所述转子磁链参考值以及转子磁链观测值确定d轴电流给定量；
依据所述q轴电流给定量以及所述q轴电流确定q轴电压给定量；
依据所述d轴电流给定量以及所述d轴电流确定d轴电压给定量；
依据所述q轴电压给定量及所述d轴电压给定量生成脉宽调制信号；
所述速度调节方法具体如下；
S1、依据接收到的实际转速以及预设定的转速参考值计算第一输出电流值；
所述依据接收到的实际转速以及预设定的转速参考值计算第一输出电流值的步骤包括：
子步骤S1.1、依据接收到的实际转速以及预设定的转速参考值计算误差值；
子步骤S1.2、按照预设定的比例系数对所述误差值进行放大从而获得第一电流值；
子步骤S1.3、按照预设定的积分系数对所述误差值进行积分从而获得第二电流值；
子步骤S1.4、依据所述第二电流值及所述第一电流值计算第一输出电流值；
S2、依据接收到的实际转速进行弱磁计算得到转子磁链参考值；
所述依据接收到的实际转速进行弱磁计算得到转子磁链参考值的步骤包括：
子步骤S2.1：判断实际转速是否小于预设定的额定转速，如果是，则执行步骤S2.2；如果否，则执行步骤S2.3；
子步骤S2.2：确定转子磁链参考值为预设定的转子磁链额定值；
子步骤S2.3：依据实际转速、预设定的额定转速以及预设定的转子磁链额定值确定转子磁链参考值；
具体地，转子磁链参考值通过下式计算：
其中，ψr ref为转子磁链参考值，ψrrate为预设定的转子磁链额定值，ωrate为预设定的额定转速，ωr为实际转速；
S3、依据接收到的转子磁链观测值、转子磁链参考值、d轴电流值、预设定的电流最大值计算q轴电流最大限幅值；
所述依据接收到的转子磁链观测值、转子磁链参考值、d轴电流值、预设定的电流最大值计算q轴电流最大限幅值的步骤包括：
子步骤S3.1：依据接收到的转子磁链观测值、d轴电流值、预设定的转子磁链参考值以及预设定的电流最大值计算第一限幅值；
第一限幅值通过以下算式进行计算：
其中，iqmax1为第一限幅值，为转子磁链观测值，Ismax为预设定的电流最大值，isd为d轴电流值；
子步骤S3.2：依据预设定的电流最大值以及d轴电流值计算第二限幅值；
具体地，第二限幅值通过以下算式进行计算：
其中，iqmax2为第二限幅值；
子步骤S3.3：当所述第一限幅值小于第二限幅值时，确定q轴电流最大限幅值为第一限幅值；
子步骤S3.4：当所述第二限幅值小于第一限幅值时，确定q轴电流最大限幅值为第二限幅值；
S4、依据计算得到的q轴电流最大限幅值与预设定的q轴电流最小限幅值对所述第一输出电流值进行限幅运算从而确定q轴电流给定量；
所述依据计算得到的q轴电流最大限幅值与预设定的q轴电流最小限幅值对所述第一输出电流值进行限幅运算从而确定q轴电流给定量的步骤包括：
子步骤S4.1、当所述第一输出电流值大于q轴电流最大限幅值时，确定所述q轴电流给定量为所述q轴电流最大限幅值；
子步骤S4.2、当所述第一输出电流值小于q轴电流最小限幅值时，确定所述q轴电流给定量为所述q轴电流最小限幅值；
子步骤S4.3、当所述第一输出电流值大于或等于q轴电流最小限幅值且小于或等于q轴电流最大限幅值时，确定所述q轴电流给定量为所述第一输出电流值。
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