CN116317761A - 一种可变电容驱动电机转矩控制方法及装置 - Google Patents

一种可变电容驱动电机转矩控制方法及装置 Download PDF

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CN116317761A CN202310564599.0A CN202310564599A CN116317761A CN 116317761 A CN116317761 A CN 116317761A CN 202310564599 A CN202310564599 A CN 202310564599A CN 116317761 A CN116317761 A CN 116317761A
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Abstract

本发明属于电机控制技术领域，提供了一种可变电容驱动电机转矩控制方法及装置。其中本发明的方法包括：获取电机的实际转矩值
Figure ZY_1
和实际磁链值
Figure ZY_7
；根据实际转矩值
Figure ZY_8
和实际磁链值
Figure ZY_4
获取k+1时刻的预测转矩值
Figure ZY_5
和预测磁链值
Figure ZY_10
；根据实际磁链值
Figure ZY_13
和定子磁链额定值
Figure ZY_3
的关系，确定工作模式并选取价值函数以确定输出矢量值；所述价值函数根据预测转矩值
Figure ZY_6
、预给定的转矩参考值
Figure ZY_9
，和，预测磁链值
Figure ZY_12
及实际磁链值
Figure ZY_2
计算获得，输出矢量值作用于逆变器以改变电机的转矩，转矩参考值
Figure ZY_11
根据可变电容确定；电机带动可变电容转动，以使可变电容到达匹配位置。本发明基于磁链是否需要限幅进行分情况处理，提高了电机的控制效果，从而提升了可变电容的调节效率。

Description

一种可变电容驱动电机转矩控制方法及装置
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种可变电容驱动电机转矩控制方法及装置。
背景技术
等离子体在半导体、LCD面板、太阳能等行业有着相当广泛且关键的应用，射频是产生等离子体的关键设备之一。射频源的特征阻抗通常为50Ω，但是等离子体的工艺种类很多，等离子体反应腔室各异，这就带来了射频源与等离子体之间的阻抗匹配问题。阻抗匹配器主要有自动式、手动式及固定式几种。其目的均为实现阻抗匹配，将射频功率最大化地输送至反应腔室。
当在反应腔室内进行特定工艺时，反应腔室内的阻抗变化很大，因而计算得到的可变电的调整量就很大，即，需要对可变电容进行大范围的调整，从而往往造成阻抗匹配的速率较慢不能满足反应腔室内的阻抗变化，进而造成阻抗匹配失败、导致工艺无法进行；即使在某一时间勉强匹配成功，但由于阻抗变化很大，可变电容会随着阻抗的变化发生很大的调整，在调整的过程中可能会造成阻抗匹配失败。在此期间，电机转矩脉动，稳定性低，影响着匹配效率。
为了解决上述问题，需要一种电机转矩的控制方法，针对阻抗匹配时可变电容需要大范围调整时，分情况对用于调整可变电容电容值的电机进行转矩控制，降低电机转矩脉动，从而提高匹配效果。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种可变电容驱动电机转矩控制方法及装置，以解决目前射频源与等离子体之间进行阻抗匹配时，可变电容进行大范围调整时，驱动可变电容电容值变化的电机转矩脉动，导致稳定性及阻抗匹配效率低的问题。
第一方面，本发明提供的一种可变电容驱动电机转矩控制方法，包括：
获取电机的实际转矩值
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和实际磁链值/>
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根据实际转矩值
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可选地，所述预测转矩值
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通过转矩控制模型获取，所述转矩控制模型的确定方法，具体包括：
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为k+1时刻不同矢量作用下的转矩控制值，n 1、n 2、n 0分别为第一电压矢量u opt1、第二电压矢量u opt2和零矢量u 0作用下转矩差值参数。
第二方面，本发明提供的可变电容驱动电机转矩控制装置，所述装置执行计算机程序时实现上述任一种方法的步骤。
采用上述技术方案，本申请具有如下有益效果：
根据实际磁链值
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附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1示出了本发明实施例提供的一种可变电容驱动电机转矩控制方法的逻辑图；
图2示出了本发明实施例提供的一种可变电容驱动电机转矩控制方法的流程图；
图3示出了本发明实施例提供的电压矢量分布示意图；
图4a-4c示出了本发明实施例提供的电压矢量作用示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1-2所示，本发明实施例提供的一种可变电容驱动电机转矩控制方法，包括：
S1、获取电机的实际转矩值
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S4、电机带动可变电容转动，以使可变电容到达匹配位置。
基于本实施例中的技术方案，根据实际磁链值
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和定子磁链额定值/>
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步骤S2中，预测转矩值
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通过转矩控制模型获取，其中转矩控制模型的确定方法，具体包括：
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根据阻抗匹配时可变电容的当前位置确定，本实施例中给定的电机用于带动可变电容往指定位置转动，用以改变网络阻抗实现阻抗匹配。
图3示出了本实施例提供的电压矢量分布示意图，本发明采用的三相两电平逆变器可以提供八个基本电压矢量，包含六个有效电压矢量(u1(100)、u2(110)、u3(010)、u4(011)、u5(001)、u6(111))和两个零矢量(u0(000)、u7(111))，其中u1~u6为六个有效电压矢量，S1~S6为1~6号扇区。
图4示出了本发明实施例提供的电压矢量作用示意图；为了进一步提升无磁链环有限集模型预测转矩控制的性能，本发明在该方法的模式一中采用三矢量的预测方法。第一电压矢量
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为k+1时刻不同电压矢量作用下的转矩控制值。
基于转矩无差拍原理，即
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可得
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在本发明另一实施例中，本发明还提供了一种可变电容驱动电机转矩控制装置，可变电容驱动电机转矩控制装置与上述可变电容驱动电机转矩控制方法采用了相同的发明构思，能够取得相同的有益效果，在此不再赘述。
以上实施例仅用以对本申请的技术方案进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明实施例的方法，不应理解为对本发明实施例的限制。本技术领域的技术人员可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可变电容驱动电机转矩控制方法，其特征在于，包括：
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和实际磁链值/>
Figure QLYQS_4
获取k+1时刻的预测转矩值/>
Figure QLYQS_5
和预测磁链值
Figure QLYQS_6
；
根据实际磁链值
Figure QLYQS_7
和定子磁链额定值/>
Figure QLYQS_8
的关系，确定工作模式并选取价值函数以确定输出矢量值；所述价值函数根据预测转矩值/>
Figure QLYQS_9
、预给定的转矩参考值/>
Figure QLYQS_10
，和，预测磁链值/>
Figure QLYQS_11
及实际磁链值/>
Figure QLYQS_12
计算获得，所述输出矢量值作用于逆变器以改变电机的转矩，所述转矩参考值/>
Figure QLYQS_13
根据可变电容确定；
电机带动可变电容转动，以使可变电容到达匹配位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预测转矩值
Figure QLYQS_14
和所述预测磁链值/>
Figure QLYQS_15
通过转矩控制模型获取，所述转矩控制模型的确定方法，具体包括：
根据永磁无刷直流电机连续方程，将定子磁链作为输出变量，获取电机状态空间方程：
Figure QLYQS_16
，
式中，
Figure QLYQS_31
，/>
Figure QLYQS_18
为转子角频率，/>
Figure QLYQS_25
为定子电阻，/>
Figure QLYQS_20
、/>
Figure QLYQS_22
为电机/>
Figure QLYQS_26
轴旋转坐标系上的电感分量，/>
Figure QLYQS_28
分别为电机/>
Figure QLYQS_23
轴转子磁链分量，/>
Figure QLYQS_36
为转子永磁体磁链；/>
Figure QLYQS_19
，/>
Figure QLYQS_21
、/>
Figure QLYQS_32
为电机/>
Figure QLYQS_34
轴定子磁链分量，/>
Figure QLYQS_33
，/>
Figure QLYQS_35
、/>
Figure QLYQS_24
分别为电机/>
Figure QLYQS_27
轴定子电压分量，/>
Figure QLYQS_29
、/>
Figure QLYQS_30
由三相定子绕组电压/>
Figure QLYQS_17
经过Clark和Park坐标变换后得到；
根据一阶前向欧拉公式对电机状态空间方程进行离散化，获取电机定子磁链离散数学模型为：
Figure QLYQS_37
，
式中，I为单位矩阵，
Figure QLYQS_38
为控制周期；根据电机当前时刻采样得到的定子磁链，以预测在不同矢量作用下的下一个控制周期的定子磁链/>
Figure QLYQS_39
；
同理，得到电机定子电流预测模型为：
Figure QLYQS_40
，
其中，
Figure QLYQS_41
，/>
Figure QLYQS_42
；
电机的转矩控制模型表示为：
Figure QLYQS_43
，其中/>
Figure QLYQS_44
为电机极对数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据实际磁链值
Figure QLYQS_45
和定子磁链额定值
Figure QLYQS_46
的关系，确定工作模式并选取价值函数以确定输出矢量值，具体包括：
当定子磁链额定值
Figure QLYQS_47
大于等于磁链实际值/>
Figure QLYQS_48
，利用价值函数一在六个非零矢量和两个零矢量中寻找最优解并确定转矩差值参数/>
Figure QLYQS_49
，分别计算第一电压矢量u opt1和第二电压矢量u opt2的占空比/>
Figure QLYQS_50
、/>
Figure QLYQS_51
；
当定子磁链额定值
Figure QLYQS_52
小于磁链实际值/>
Figure QLYQS_53
，利用价值函数二在六个非零矢量和两个零矢量中选择出最优矢量，最优矢量直接作用于逆变器以控制电机。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述价值函数一具体为
Figure QLYQS_54
；
所述价值函数二具体为
Figure QLYQS_55
；其中，/>
Figure QLYQS_56
、/>
Figure QLYQS_57
分别转矩和磁链误差的权重系数。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当定子磁链额定值
Figure QLYQS_58
大于等于磁链实际值/>
Figure QLYQS_59
时，在计算第一电压矢量u opt1和第二电压矢量u opt2的占空比/>
Figure QLYQS_60
、/>
Figure QLYQS_61
之后，所述方法还包括：
根据给定转速值
Figure QLYQS_63
和实际转速值/>
Figure QLYQS_65
经PI调节器获取输出转矩参考值/>
Figure QLYQS_67
，并根据输出转矩参考值/>
Figure QLYQS_64
和实际转矩值/>
Figure QLYQS_66
经滞环控制器获取滞环输出信号/>
Figure QLYQS_68
；所述滞环输出信号/>
Figure QLYQS_69
与所述实际转矩值/>
Figure QLYQS_62
是否在滞环区间内相关联。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当定子磁链额定值
Figure QLYQS_70
大于等于磁链实际值/>
Figure QLYQS_71
，所述矢量值的输出，具体包括：
当实际转矩值
Figure QLYQS_72
在滞环区间外时，第二电压矢量u opt2补偿第一电压矢量u opt1，在一个控制周期中第一电压矢量u opt1和第二电压矢量u opt2作用后接零矢量；第一电压矢量的占空比为/>
Figure QLYQS_73
，第二电压矢量的占空比为/>
Figure QLYQS_74
，零矢量的占空比为/>
Figure QLYQS_75
；
当实际转矩值
Figure QLYQS_76
在滞环区间内时，在一个控制周期中第一电压矢量u opt1直接接零矢量；第一电压矢量的占空比为/>
Figure QLYQS_77
，零矢量的占空比为/>
Figure QLYQS_78
。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述滞环输出信号
Figure QLYQS_79
，
其中，
Figure QLYQS_81
为滞环的容差值，“/>
Figure QLYQS_90
”或“/>
Figure QLYQS_91
”表示实际转矩值/>
Figure QLYQS_82
在滞环区间外，“/>
Figure QLYQS_84
”表示观测到实际转矩值/>
Figure QLYQS_85
大于输出转矩参考值/>
Figure QLYQS_86
，需要减小电磁转矩；“/>
Figure QLYQS_83
”表示实际转矩值/>
Figure QLYQS_87
小于输出转矩参考值/>
Figure QLYQS_88
，发出增大电磁转矩的信号；“/>
Figure QLYQS_89
”表示实际转矩值/>
Figure QLYQS_80
在滞环区间内，系统保持当前的状态。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一电压矢量u opt1的占空比
Figure QLYQS_92
和所述第二电压矢量u opt2的占空比/>
Figure QLYQS_93
分别为：
Figure QLYQS_94
，其中，/>
Figure QLYQS_95
、/>
Figure QLYQS_96
分别为零矢量和第一电压矢量u opt1应用于电机的转矩变化率；
Figure QLYQS_97
，其中，/>
Figure QLYQS_98
，/>
Figure QLYQS_99
为k+1时刻不同矢量作用下的转矩控制值，n 1、n 2、n 0分别为第一电压矢量u opt1、第二电压矢量u opt2和零矢量u 0作用下转矩差值参数。
9.一种可变电容驱动电机转矩控制装置，其特征在于，所述装置实现权利要求1-8任一所述方法的步骤。
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