CN116800143A - 一种交流异步电动机的控制方法和装置 - Google Patents
一种交流异步电动机的控制方法和装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116800143A CN116800143A CN202210261727.XA CN202210261727A CN116800143A CN 116800143 A CN116800143 A CN 116800143A CN 202210261727 A CN202210261727 A CN 202210261727A CN 116800143 A CN116800143 A CN 116800143A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- torque
- asynchronous motor
- alternating current
- real
- stator
- 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.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 38
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 17
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 17
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 9
- 238000011426 transformation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 3
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 4
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
- H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
-
- 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
-
- 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
-
- 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
-
- 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
- H02P21/28—Stator flux based control
- H02P21/30—Direct torque control [DTC] or field acceleration method [FAM]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
一种交流异步电动机的控制方法和装置，该装置采用交流异步电动机的控制方法，通过实时调整输出扭矩实现交流异步电动机的可控驱动，该控制方法包括如下步骤：以交流异步电动机的设定扭矩为输出扭矩或输出扭矩限值驱动交流异步电动机；测量交流异步电动机运行的实时扭矩；根据所述实时扭矩和设定扭矩，以设定扭矩为输入，以实时扭矩为反馈，采用PID控制算法对所述输出扭矩进行修正，以根据所述实时扭矩调节所述输出扭矩的响应速度和控制精度；以及重复上述测量和修正步骤以实现交流异步电动机运行的扭矩闭环控制。本发明实现了交流异步电动机扭矩的实时检测、实时控制及即时响应，适用于对交流异步电动机的扭矩、速度、位置控制精度要求较高的场合。
Description
技术领域
本发明涉及电动机控制技术，特别是一种适用于电动阀门驱动的交流异步电动机的控制方法和装置。
背景技术
普通交流异步电动机因结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，且启动扭矩较大等优点，在电动装置中应用比较广泛，但在使用过程中存在如下问题：
1)交流异步电动机的扭矩控制精度低，扭矩和转速动态范围小(峰值扭矩和速度受限)无法满足扭矩控制精度要求较高的场合。例如，在阀/门的驱动中，无法控制关阀到位时的阀座的受力大小，易造成阀/门关不严，导致阀/门内漏；阀/门长期使用中磨损、老化、电参数漂移等导致的特性变化，导致理论输出值和实际输出值误差大，关阀到位时的阀座的受力大小不稳定，同样会导致易造成阀/门关不严，导致阀/门内漏。
2)交流异步电动机的转速固定，无法满足对运行速度控制要求高的场合。例如，在阀/门的驱动中，交流异步电动机的转速不变，在关阀到达止点时易造成阀座的动载荷过载，导致阀/门关严后打不开的问题；且固定转速既不能满足在紧急时刻快速开阀/关阀，也无法满足易发生“水锤”工况阀/门的调速操作；而动载荷过载还会加速阀/门密封面磨损，减少阀/门使用寿命。
3)交流异步电动机的位置控制精度差，无法满足对停止位置控制精度要求较高的场合。例如，开阀/关阀的停止方式采用点位式触发停止，即在阀体的开阀/关阀停止点分别设置一个行程开关(或干簧管)，依据行程开关(或干簧管)到位信号停止阀/门；由于行程开关(或干簧管)固有的触点机械间隙和重复控制精度误差较大，造成阀/门未关严停止或阀/门关严后无法停止，导致阀/门内漏或交流异步电动机无法停止而烧毁；且采用点位式触发停止方式无法实现全行程高精度位置控制，同时操作者无法获得阀/门的实时位置信息。
4)未考虑交流异步电动机物理特性差异，导致扭矩、速度、位置控制精度差，扭矩和转速动态范围小(峰值扭矩和速度受限)，批量产品性能不一致。
综上所述，在阀/门电动装置领域，交流异步电动机的控制方法和控制装置存在上述问题，导致了阀/门存在“打不开”、“关不严”、“停不准”的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种交流异步电动机的控制方法和装置。
为了实现上述目的，本发明提供了一种交流异步电动机的控制方法，其中，通过实时调整输出扭矩实现交流异步电动机的可控驱动，包括如下步骤：
S200、以所述交流异步电动机的设定扭矩为所述输出扭矩或输出扭矩限值驱动所述交流异步电动机；
S400、测量所述交流异步电动机运行的实时扭矩；
S600、根据所述实时扭矩和设定扭矩，以所述设定扭矩为输入，以所述实时扭矩为反馈，采用PID控制算法对所述输出扭矩进行修正，以根据所述实时扭矩调节所述输出扭矩的响应速度和控制精度；以及
S800、重复步骤S400-S600以实现所述交流异步电动机运行的扭矩闭环控制。
上述的交流异步电动机的控制方法，其中，步骤S400中，所述交流异步电动机运行的实时扭矩采用电流检测结合矢量变换方法获得，或采用扭矩传感器直接自交流异步电动机的输出轴获得。
上述的交流异步电动机的控制方法，其中，所述电流检测结合矢量变换方法包括，将所述交流异步电动机的三相交流信号，经过坐标变换转换为定子电流的转矩分量isT和定子电流的励磁分量isM，并根据磁场定向不同分别采用转子磁场定向矢量控制、直接转矩控制、转差频率矢量控制、定子磁场定向矢量控制或气隙磁场定向矢量控制方法计算获得所述实时扭矩。
上述的交流异步电动机的控制方法，其中，所述转子磁场定向矢量控制，根据转子全磁链矢量方向进行所述磁场定向，并采用如下公式获得所述实时扭矩Tei：
其中，np为所述交流异步电动机的电机极对数，Lmd为所述交流异步电动机的定转子同轴时一相绕组的等效互感，Lrd为所述交流异步电动机的转子一相绕组的等效自感，isT为所述交流异步电动机的定子电流的转矩分量，Ψr为所述交流异步电动机的转子磁链。
上述的交流异步电动机的控制方法，其中，所述直接转矩控制采用如下公式获得所述实时扭矩Tei：
其中，np为所述交流异步电动机的电机极对数，Lm为定转子互感，Ls为定子一相绕组的自感，Lr为转子一相绕组的自感，Ψs为定子磁链，Ψr为转子磁链，θsr为转矩角，是矢量Ψs和Ψr之间的夹角。
上述的交流异步电动机的控制方法，其中，所述转差频率矢量控制，根据转差频率矢量进行所述磁场定向，并采用如下公式获得所述实时扭矩Tei：
其中，np为所述交流异步电动机的电机极对数，Tr为转子电磁时间常数，Lrd为所述交流异步电动机的转子一相绕组的等效自感，Ψr为所述交流异步电动机的转子磁链，ωs1为转差角频率。
上述的交流异步电动机的控制方法，其中，所述定子磁场定向矢量控制，根据定子磁链矢量方向进行所述磁场定向，并采用如下公式获得所述实时扭矩Tei：
Tei＝npΨsisT；
其中，np为所述交流异步电动机的电机极对数，Ψs为所述交流异步电动机的定子磁链，isT为定子电流的转矩分量。
上述的交流异步电动机的控制方法，其中，所述气隙磁场定向矢量控制，根据扭矩气隙磁链矢量方向进行所述磁场定向，并采用如下公式获得所述实时扭矩Tei：
Tei＝npΨmisT；
其中，np为所述交流异步电动机的电机极对数，Ψm为气隙磁链，isT为定子电流的转矩分量。
上述的交流异步电动机的控制方法，其中，还包括如下步骤：
S100、获取所述交流异步电动机的物理参数，以用于所述电流检测结合矢量变换方法获得所述实时扭矩；
其中，所述物理参数包括定子电阻、转子电阻、定转子互感、定转子漏感和空载电流。
上述的交流异步电动机的控制方法，其中，还包括如下步骤：
S900、对所述交流异步电动机进行扭矩现场标定，进一步包括：
S901、在所述交流异步电动机可输出范围内合理选择扭矩检测点，逐点改变所述交流异步电动机的设定扭矩并驱动所述交流异步电动机加载；
S902、采用扭矩标定装置检测所述交流异步电动机对应检测点所述设定扭矩的各级输出扭矩；以及
S903、生成各级所述设定扭矩与相应的所述输出扭矩的对应关系图表，用于修正所述交流异步电动机的输出扭矩。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种交流异步电动机的控制装置，其中，采用上述的交流异步电动机的控制方法，通过实时调整输出扭矩实现交流异步电动机的可控驱动。
本发明的技术效果在于：
本发明通过实时调整输出扭矩实现交流异步电动机的可控驱动，实现了交流异步电动机扭矩的实时检测、实时控制及即时响应。可适用于对交流异步电动机的控制精度和响应速度要求较高的场合，例如阀/门驱动中交流异步电动机的运行控制，可基于普通交流异步电动机实现适于阀/门控制的伺服系统控制效果，控制方便，响应速度快，控制精度高，进一步提高了扭矩控制精度，提升了系统响应速度，且成本远低于常规伺服系统。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明一实施例的控制方法流程图；
图2为本发明一实施例的控制原理图；
图3为本发明一实施例的定子电阻识别等效电路图；
图4为本发明一实施例的电机T等效电路图；
图5为本发明一实施例的电机反Γ等效电路图；
图6为本发明一实施例的扭矩标定中设定扭矩与输出扭矩对应关系图。
其中，附图标记
S200-S800 步骤
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
参见图1，图1为本发明一实施例的控制方法流程图。本发明的交流异步电动机的控制方法，通过实时调整输出扭矩实现交流异步电动机的可控驱动，包括如下步骤：
步骤S200、以所述交流异步电动机的设定扭矩为所述输出扭矩或输出扭矩限值驱动所述交流异步电动机；
步骤S400、测量所述交流异步电动机运行的实时扭矩；
步骤S600、根据所述实时扭矩和设定扭矩，以所述设定扭矩为输入，以所述实时扭矩为反馈，采用PID控制算法对所述输出扭矩进行修正，以根据所述实时扭矩调节所述输出扭矩的响应速度和控制精度；以及
步骤S800、重复步骤S400-S600以实现所述交流异步电动机运行的扭矩闭环控制。
参见图2，图2为本发明一实施例的控制原理图。本发明的步骤S400中，所述交流异步电动机运行的实时扭矩可采用矢量控制方法获得，或者采用扭矩传感器直接自交流异步电动机的输出轴获得。
为了更精准的实现矢量控制，本发明还可包括交流异步电动机的物理参数辨识步骤：
步骤S100、获取所述交流异步电动机的物理参数，以对交流异步电动机进行更加准确的扭矩矢量控制。其中，所述物理参数包括定子电阻、转子电阻、定转子互感、定转子漏感和空载电流。可对交流异步电动机输入交、直流激励信号并实时监测定子电流反馈，根据电压、电流的数值和相位关系计算获得上述相关参数。空载电流用于估算交流异步电动机运行过程中的扭矩消耗(如摩擦、通风、铁芯损耗等)并对其输出扭矩加以补偿，该空载电流优选为电机额定电流的20％～50％。
本实施例的定子电阻可采用如下方式获取：
控制逆变电源输出单相直流电压，此时可以将该情况下的电机电路图简化为如图3所示：
其中，V`dc＝直流电压，＝定子电流，R1＝定子电阻。
由于开关管压降的影响，实际施加在定子的电压会产生一定的误差。为了消除误差可采用施加多次不同的电压信号，取定子电压与定子电流的斜率作为定子电阻。
本实施例的转子电阻、定转子互感和定转子漏感可采用如下方式获取：
交流异步电动机在单相正弦信号激励下的电磁现象与三项正弦信号的激励下的电磁现象基本相同，通过此方法来识别，同时此时的电机转矩为零，电机保持静止，此时的电机等效电路可用三相等效电路来代替。
交流异步电动机的定子转子的矢量方程为：
其中，p为微分算子，R1为定子电阻，Rr为转子电阻，Lsσ为定子漏感，Lrσ为转子漏感，Lm为定转子互感，ω为转子速度，笼型转子/>
将输出的W相断开，U相和V相按照H桥式正弦电压调质信号控制逆变器的通断，从而产生正弦电压激励信号，设U相、V相的正弦电压为 则交流异步电动机中的相电压和相电流满足如下关系：
其中，VUn，VVn，Vwn分别为U相V相W相对中点电压。
此时电机转矩为0，电机此时的T型等效电路图如4所示，一般情况下定子漏感与转子漏感相同，即Lsσ＝Lrσ。图5为本发明一实施例的电机反Γ等效电路图，是对T进行等效变化后的电路，变化后得电路参数T型等效电路参数件的关系为：
由图可得：
上式中是电压初始相位，/>是电流初始相位。
由式(1-6)～式(1-9)可以得到：
通过反Γ等效电路可以得出阻抗的表达式如下：
对交流异步电动机分别施加频率为f1和f2的正弦电压信号进行电机单相试验，检测定子电流分子到的等效阻抗，并设R`(f)＝R-R1，由式(1-12)可得到反Γ等效电路下电机参数的计算公式
根据T型等效电路和反Γ等效电路参数换算的关系式(1-5)，可以得到电机转子电阻、定子转子互感、定子转子漏感的计算公式如下：
Lsσ＝Lrσ＝L`sσ+L`m-Lm (1-18)
本发明中，所述采用电流检测结合矢量变换方法获得实时扭矩包括，将所述交流异步电动机的三相交流信号，经过坐标变换转换为定子电流的转矩分量isT和定子电流的励磁分量isM，并根据磁场定向不同分别采用转子磁场定向矢量控制、直接转矩控制、转差频率矢量控制、定子磁场定向矢量控制或气隙磁场定向矢量原理结合电流检测计算获得所述实时扭矩。也即以矢量扭矩控制为输出方法，以扭矩检测电路(例如可以是电流检测电路)的检测结果为反馈信号，通过PID闭环调整控制输出扭矩，以使输出扭矩在设定扭矩即期望值的范围内运行。
本发明一实施例中，优选采用转子磁场定向矢量控制，根据转子全磁链矢量方向进行所述磁场定向，并用如下公式获得所述实时扭矩Tei：
其中，np为所述交流异步电动机的电机极对数，Lmd为所述交流异步电动机的定转子同轴时一相绕组的等效互感，Lrd为所述交流异步电动机的转子一相绕组的等效自感，isT为所述交流异步电动机的定子电流的转矩分量，Ψr为所述交流异步电动机的转子磁链。
其控制原理如下：
其中，ΨrM为转子全磁链M轴分量；ΨrT为转子全磁链T轴分量；irM为转子电流M轴分量；irT为转子电流T轴分量；np为电机极对数； 为转子一相绕组的等效自感；/>为定转子同轴时一相绕组的等效互感；isT为定子电流的转矩分量；Ψr为转子磁链；/>为转子电磁时间常数；p为微分算子；isM为定子电流的励磁分量。
本发明另一实施例中，还可采用直接转矩控制，并用如下公式获得所述实时扭矩Tei：
其中，np为所述交流异步电动机的电机极对数，Lm为定转子互感，Ls为定子一相绕组的自感，Lr为转子一相绕组的自感，Ψs为定子磁链，Ψr为转子磁链，θsr为转矩角，是矢量Ψs和Ψr之间的夹角。
该直接转矩控制依据定子轴系的数学模型，并使用空间矢量分析方法实现电机控制，其控制原理如下：
定子磁链方程：
其中，us为定子轴系电压矢量。
忽略定子电阻电压降Rsis，有：
Ψ≈∫usdt (2-18)
转矩方程为：
θsr为转矩角，是矢量Ψs和Ψr之间的夹角。
本发明第三实施例中，可采用转差频率矢量控制，根据转差频率矢量进行所述磁场定向，并用如下公式获得所述实时扭矩Tei：
其中，np为所述交流异步电动机的电机极对数，Tr为转子电磁时间常数，Lrd为所述交流异步电动机的转子一相绕组的等效自感，Ψr为转子磁链，ωs1为转差角频率。
转差频率矢量控制可在转子磁场定向量控制基础上进行，其控制原理如下：
其中，ωs1为转差角频率。
本发明第四实施例中，采用定子磁场定向矢量控制，根据定子磁链矢量方向进行所述磁场定向，并用如下公式获得所述实时扭矩Tei：
Tei＝npΨsisT；
其中，np为所述交流异步电动机的电机极对数，Ψs为所述交流异步电动机的定子磁链，isT为所述交流异步电动机的定子电流的转矩分量。
本实施例按照定子磁链矢量方向进行磁场定向，其控制原理如下：
Tei＝npΨsisT (2-7)
其中，Ψs为定子磁链；ΨsM为定子全磁链M轴分量；ΨsT为定子全磁链T轴分量；为漏磁系数；由式(2-8)可知，定子磁链Ψs是isT和isM的函数，彼此间存在耦合，需增加解耦控制器，其控制原理如下：
其中，为定子电流励磁分量给定；/>为定子磁链给定；iMT为解耦控制信号；将式(2-9)代入到式(2-8)的第一式中可得：
为借助iMT实现Ψs的解耦控制，使：
(1+σTrp)LsdiMT-σLsdTrωs1isT＝0 (2-12)
经变换可得：
式(2-13)是解耦器模块算法，可通过定子侧检测到的电压、电流直接计算定子磁链矢量Ψs，从而实现解耦。
本发明第五实施例中，采用气隙磁场定向矢量控制，根据扭矩气隙磁链矢量方向进行所述磁场定向，并用如下公式获得所述实时扭矩Tei：
Tei＝npΨmisT；
其中，np为所述交流异步电动机的电机极对数，Ψm为气隙磁链，isT为定子电流的转矩分量。
本实施例按照气隙磁链矢量方向进行磁场定向，其控制原理如下：
Tei＝npΨmisT (2-15)
上述矢量控制方法中决定扭矩控制精度的各物理参数会随着长时间运行而发生改变，且上述控制方法中电机输出扭矩的公式理论上也忽略了系统机械摩擦阻力等因素，因此本实施例中可定期采用扭矩的现场标定以消除上述因素的不利影响，实现系统扭矩控制精度的长期稳定。即本实施例还可包括如下步骤，对交流异步电动机的实时扭矩进行现场标定，用于修正交流交流异步电动机的设定扭矩，有效提高扭矩闭环控制精度，实现输出扭矩的精准控制：
步骤S900、对所述交流异步电动机进行扭矩现场标定，进一步包括：
步骤S901、在所述交流异步电动机可输出范围内合理选择扭矩检测点，逐点改变所述交流异步电动机的设定扭矩并驱动所述交流异步电动机加载；
步骤S902、采用扭矩标定装置检测所述交流异步电动机对应检测点所述设定扭矩的各级输出扭矩；以及
步骤S903、生成各级所述设定扭矩与相应的所述输出扭矩的对应关系图表，用于修正所述交流异步电动机的输出扭矩。
其中，测量交流异步电动机设定扭矩下的实际输出扭矩值并依照实际输出值对输出扭矩予以修正，以获得更准确的扭矩控制阶段的输出扭矩。设定扭矩与相应的所述输出扭矩对比可参见下表，下表是以额定功率0.55kW，额定转速1450rpm，额定扭矩3.6Nm的交流异步电动机为例，其输出扭矩(即相应检测点的堵转扭矩)和设定扭矩关系；还可将统计表中离散的检测点数据整合成描述设定扭矩与相应的所述输出扭矩关系的分段函数(如图6所示，为相对连续，首位相接，斜率不同的折线线段)，供扭矩控制过程查询和使用。
表1设定扭矩与相应的输出扭矩对比表
| 序号 | 设定扭矩/Nm | 实测扭矩/Nm | 误差/％ |
| 1 | 0.50 | 0.47 | 0.83 |
| 2 | 1.00 | 0.88 | 3.31 |
| 3 | 1.50 | 1.40 | 2.76 |
| 4 | 2.00 | 2.10 | 2.76 |
| 5 | 2.50 | 2.58 | 2.21 |
| 6 | 3.00 | 3.05 | 1.38 |
| 7 | 3.50 | 3.38 | 3.31 |
| 8 | 3.70 | 3.60 | 2.76 |
| 9 | 4.00 | 3.90 | 2.76 |
| 10 | 4.50 | 4.18 | 8.84 |
| 11 | 5.00 | 4.56 | 12.15 |
| 12 | 5.50 | 5.11 | 10.77 |
| 13 | 6.00 | 5.47 | 14.64 |
| 14 | 6.50 | 5.81 | 19.06 |
| 15 | 7.00 | 6.14 | 23.76 |
| 16 | 7.50 | 6.49 | 27.90 |
以上数据以均匀分布的足够密集的特征点描述了交流异步电动机的设定扭矩和输出扭矩的关系。本实施例中，当设定扭矩在额定扭矩范围内时(也是扭矩控制阶段需使用的扭矩范围)，设定扭矩和输出扭矩的误差在额定扭矩的±10％(优选为±4％)范围内，有良好的线性关系；当设定扭矩超过额定扭矩时，误差增大。设定扭矩和输出扭矩的关系可以用分段直线方程的方式表示，并用于修正输出扭矩。如当设定扭矩在0.5至1.0Nm之间时，根据图6中最左侧线段的起点(0.5，0.47)和终点(1.0，0.88)可得其关系曲线方程为：
y＝0.82x+0.06；
其中，x是设定扭矩，且0.5≤x≤1.0，y是实测扭矩。
由此可用分段方程将设定扭矩和输出扭矩对应起来，达到修正输出值精准控制扭矩的目的。
本发明还提供了采用上述控制方法的交流异步电动机的控制装置，该控制装置与交流异步电动机连接，并通过上述控制方法实时调整输出扭矩实现交流异步电动机的可控驱动。该控制装置例如可以是具备上述控制方法所述各项功能的独立控制器，也可作为控制模块集成入交流异步电动机的变频器或驱动器中，对该控制装置的具体结构及与交流异步电动机的连接或安装形式不做限制，只要能实现上述控制方法的各项功能的独立的或集成的控制模块、控制器、控制终端等均可。
本发明通过扭矩控制直接控制交流异步电动机的输出转矩，响应快精度高，可以满足实时控制电机输出扭矩的要求；并能根据应用场景满足电机运行各阶段对速度的不同要求。应用于阀/门控制时，可基于普通交流异步电动机实现适于阀/门控制的伺服系统控制效果，且其硬件成本远低于常规伺服系统。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (11)
1.一种交流异步电动机的控制方法，其特征在于，通过实时调整输出扭矩实现交流异步电动机的可控驱动，包括如下步骤：
S200、以所述交流异步电动机的设定扭矩为所述输出扭矩或输出扭矩限值驱动所述交流异步电动机；
S400、测量所述交流异步电动机运行的实时扭矩；
S600、根据所述实时扭矩和设定扭矩，以所述设定扭矩为输入，以所述实时扭矩为反馈，采用PID控制算法对所述输出扭矩进行修正，以根据所述实时扭矩调节所述输出扭矩的响应速度和控制精度；以及
S800、重复步骤S400-S600以实现所述交流异步电动机运行的扭矩闭环控制。
2.如权利要求1所述的交流异步电动机的控制方法，其特征在于，步骤S400中，所述交流异步电动机运行的实时扭矩采用电流检测结合矢量变换方法获得，或采用扭矩传感器直接自交流异步电动机的输出轴获得。
3.如权利要求2所述的交流异步电动机的控制方法，其特征在于，所述电流检测结合矢量变换方法包括，将所述交流异步电动机的三相交流信号，经过坐标变换转换为定子电流的转矩分量isT和定子电流的励磁分量isM，并根据磁场定向不同分别采用转子磁场定向矢量控制、直接转矩控制、转差频率矢量控制、定子磁场定向矢量控制或气隙磁场定向矢量控制方法计算获得所述实时扭矩。
4.如权利要求3所述的交流异步电动机的控制方法，其特征在于，所述转子磁场定向矢量控制，根据转子全磁链矢量方向进行所述磁场定向，并采用如下公式获得所述实时扭矩Tei：
其中，np为所述交流异步电动机的电机极对数，Lmd为所述交流异步电动机的定转子同轴时一相绕组的等效互感，Lrd为所述交流异步电动机的转子一相绕组的等效自感，isT为所述交流异步电动机的定子电流的转矩分量，Ψr为所述交流异步电动机的转子磁链。
5.如权利要求3所述的交流异步电动机的控制方法，其特征在于，所述直接转矩控制采用如下公式获得所述实时扭矩Tei：
其中，np为所述交流异步电动机的电机极对数，Lm为定转子互感，Ls为定子一相绕组的自感，Lr为转子一相绕组的自感，Ψs为定子磁链，Ψr为转子磁链，θsr为转矩角，是矢量Ψs和Ψr之间的夹角。
6.如权利要求3所述的交流异步电动机的控制方法，其特征在于，所述转差频率矢量控制，根据转差频率矢量进行所述磁场定向，并采用如下公式获得所述实时扭矩Tei：
其中，np为所述交流异步电动机的电机极对数，Tr为转子电磁时间常数，Lrd为所述交流异步电动机的转子一相绕组的等效自感，Ψr为所述交流异步电动机的转子磁链，ωs1为转差角频率。
7.如权利要求3所述的交流异步电动机的控制方法，其特征在于，所述定子磁场定向矢量控制，根据定子磁链矢量方向进行所述磁场定向，并采用如下公式获得所述实时扭矩Tei：
Tei＝npΨsisT；
其中，np为所述交流异步电动机的电机极对数，Ψs为所述交流异步电动机的定子磁链，isT为定子电流的转矩分量。
8.如权利要求3所述的交流异步电动机的控制方法，其特征在于，所述气隙磁场定向矢量控制，根据扭矩气隙磁链矢量方向进行所述磁场定向，并采用如下公式获得所述实时扭矩Tei：
Tei＝npΨmisT；
其中，np为所述交流异步电动机的电机极对数，Ψm为气隙磁链，isT为定子电流的转矩分量。
9.如权利要求3所述的交流异步电动机的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：
S100、获取所述交流异步电动机的物理参数，以用于所述电流检测结合矢量变换方法获得所述实时扭矩；
其中，所述物理参数包括定子电阻、转子电阻、定转子互感、定转子漏感和空载电流。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的交流异步电动机的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：
S900、对所述交流异步电动机进行扭矩现场标定，进一步包括：
S901、在所述交流异步电动机输出范围内合理选择扭矩检测点，逐点改变所述交流异步电动机的设定扭矩并驱动所述交流异步电动机加载；
S902、采用扭矩标定装置检测所述交流异步电动机对应每级所述设定扭矩的各级输出扭矩；以及
S903、生成各级所述设定扭矩与相应的所述输出扭矩的对应关系图表，用于修正所述交流异步电动机的输出扭矩。
11.一种交流异步电动机的控制装置，其特征在于，采用上述权利要求1-10中任意一项所述的交流异步电动机的控制方法，通过实时调整输出扭矩实现交流异步电动机的可控驱动。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210261727.XA CN116800143A (zh) | 2022-03-17 | 2022-03-17 | 一种交流异步电动机的控制方法和装置 |
| PCT/CN2023/081812 WO2023174363A1 (zh) | 2022-03-17 | 2023-03-16 | 一种交流异步电动机的控制方法和装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210261727.XA CN116800143A (zh) | 2022-03-17 | 2022-03-17 | 一种交流异步电动机的控制方法和装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116800143A true CN116800143A (zh) | 2023-09-22 |
Family
ID=88022387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210261727.XA Pending CN116800143A (zh) | 2022-03-17 | 2022-03-17 | 一种交流异步电动机的控制方法和装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116800143A (zh) |
| WO (1) | WO2023174363A1 (zh) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2942148C (en) * | 2014-04-02 | 2018-03-27 | Canrig Drilling Technology Ltd. | A method for controlling torque in permanent magnet motor drives |
| CN104158457B (zh) * | 2014-07-24 | 2016-08-17 | 中国东方电气集团有限公司 | 一种电动车交流感应电机转矩校准方法 |
| CN109639206B (zh) * | 2019-01-31 | 2021-02-26 | 上海应用技术大学 | 基于全阶观测器的异步电机解耦控制方法及异步电机 |
-
2022
- 2022-03-17 CN CN202210261727.XA patent/CN116800143A/zh active Pending
-
2023
- 2023-03-16 WO PCT/CN2023/081812 patent/WO2023174363A1/zh unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023174363A1 (zh) | 2023-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108551287B (zh) | 车用内置式永磁同步电机驱动系统转矩闭环控制方法 | |
| US7646164B2 (en) | Method of adjusting parameters of a synchronous motor and variable speed drive using such a method | |
| CN102420561B (zh) | 基于级联高压变频器无速度传感器矢量控制方法 | |
| CN103931096B (zh) | 用温度补偿控制电动机的方法和系统 | |
| CN104283477B (zh) | 一种基于转矩观测的异步电机矢量控制磁场定向矫正方法 | |
| US9435864B2 (en) | Apparatus for measuring excitation parameters of induction motor and method thereof | |
| CN108306568A (zh) | 电梯用pmsm抗负载扰动的自适应积分反步控制方法 | |
| CN104201962A (zh) | 一种高速列车牵引感应电机参数辨识方法 | |
| US10644627B2 (en) | Control device of synchronous electric motor, integrated motor system, pump system, and positioning system | |
| 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 | |
| CN108448965A (zh) | 两相混合式步进电机的重载闭环驱动系统及方法 | |
| JP2015226375A (ja) | 同期電動機の制御装置およびそれを用いたドライブシステム | |
| CN102868352A (zh) | 具有转子电阻鲁棒性的感应电机矢量控制系统及方法 | |
| CN115580190A (zh) | 电机控制方法、装置、模型搭建方法及电气设备 | |
| WO2023174362A1 (zh) | 一种电动阀/门的控制方法和装置 | |
| CN107482986B (zh) | 一种电机的参数标定和控制方法 | |
| JP4601900B2 (ja) | 誘導電動機の制御装置 | |
| US11075596B2 (en) | Method for determining motor parameters during commissioning of synchronous and asynchronous electric motors and related commissioned electric motor | |
| CN116800143A (zh) | 一种交流异步电动机的控制方法和装置 | |
| CN109889113B (zh) | 一种基于自抗扰控制的永磁电机变速扫描控制系统 | |
| CN115133828A (zh) | 一种永磁同步电机控制方法及系统 | |
| Jing et al. | Optimization of speed loop control technology for permanent magnet synchronous motor servo system | |
| WO2021138375A1 (en) | Method for online direct estimation and compensation of flux and torque errors in electric drives | |
| CN114865969A (zh) | 一种永磁同步电机负载转矩滑模观测方法 | |
| CN108155841B (zh) | 一种感应电机的无位置传感器速度估算方法 |
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 |