RU99911U1 - Система векторного бездатчикового управления многофазным электродвигателем - Google Patents

Система векторного бездатчикового управления многофазным электродвигателем Download PDF

Info

Publication number
RU99911U1
RU99911U1 RU2010132887/07U RU2010132887U RU99911U1 RU 99911 U1 RU99911 U1 RU 99911U1 RU 2010132887/07 U RU2010132887/07 U RU 2010132887/07U RU 2010132887 U RU2010132887 U RU 2010132887U RU 99911 U1 RU99911 U1 RU 99911U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vector
current
digital
stator
voltage
Prior art date
Application number
RU2010132887/07U
Other languages
English (en)
Inventor
Алексей Александрович Ионов
Дмитрий Вадимович Зеленин
Владимир Филиппович Козаченко
Дмитрий Иванович Алямкин
Максим Михайлович Лашкевич
Original Assignee
Кочанов Юрий Иванович
Дмитрий Вадимович Зеленин
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кочанов Юрий Иванович, Дмитрий Вадимович Зеленин filed Critical Кочанов Юрий Иванович
Priority to RU2010132887/07U priority Critical patent/RU99911U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU99911U1 publication Critical patent/RU99911U1/ru

Links

Landscapes

  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

Система векторного бездатчикового управления многофазным электродвигателем, содержащая многофазный преобразователь частоты, измерительные датчики тока и напряжения, по меньшей мере, двух фаз преобразователя и управляющий блок, выполненный на основе программируемого контроллера с возможностью аналого-цифрового преобразования измеренных значений тока и напряжения в текущие параметры вращающихся векторов Y тока и U напряжения статора, обработки векторных данных на цифровых моделях статорной обмотки и синусно-косинусного фильтра Калмана, вычисления выходного значения цифровой модели статорной обмотки при входном значении, равном разности вектора U и вектора текущей оценки ЭДС статора, вычисленного по формуле ! , ! где k - коэффициент обратной связи, - выходной вектор цифрового синусно-косинусного фильтра Калмана, полученный при входном векторе, вычисленном по указанной формуле на предыдущем шаге цифровой обработки, определения текущего аргумента вектора и соответствующей этому аргументу оценки углового положения ротора.

Description

Область техники
Полезная модель относится к векторному управлению вентильным электроприводом, при котором фазовые статорные обмотки электродвигателя питают от многофазного вентильного преобразователя, управляемого в функции контролируемого технологического параметра с учетом углового положения ротора, определяемого без использования соответствующего датчика.
Уровень техники
Известны системы векторного бездатчикового управления многофазным электродвигателем, содержащие многофазный преобразователь частоты, измерительные датчики тока и напряжения его фаз и управляющий блок, выполненный на основе программируемого контроллера с возможностью аналого-цифрового преобразования измеренных значений тока и напряжения в текущие параметры вращающихся векторов Y тока и U напряжения статора, обработки векторных данных на цифровой модели статорной обмотки [RU 2182743, RU 2207700, RU 2262181, RU 2279757].
В современных системах электропривода, использующих цифровую обработку данных, применяются бездатчиковая оценка углового положения ротора, основанная на математической модели наблюдателя переменных состояния [S.Bejerke. Digital Signal Processing Solutions for Motor Control Using the TMS320F240 DSP-Controller, ESIEE, Paris September 1996].
Наблюдатель характеризуется соответствующей функциональной структурой, в общем случае включающей цифровые модели статорной обмотки электродвигателя и цепи обратной связи наблюдателя. Используя значения векторов тока Y и напряжения U, полученные непосредственно из результатов измерений, и принцип обратной связи, наблюдатель подбирает вектор оценки ЭДС статора, минимизируя отклонение вектора оценки тока от вектора Y.
Вектор оценки тока получается как выходное значение цифровой модели статорной обмотки в результате подачи на ее вход разности вектора U напряжения и вектора оценки ЭДС статора. Последний вектор, в свою очередь, формируется цифровой моделью цепи обратной связи наблюдателя из ошибки оценивания тока.
При этом свойства наблюдателя и основанной на нем системы управления с бездатчиковой оценкой углового положения ротора в первую очередь определяются функциональной структурой цепи обратной связи.
В качестве прототипа выбрана система, основанная на функциональной структуре наблюдателя, приведенной в работе [Козаченко В.Ф., Шеломкова Л.В. Система векторного бездатчикового управления асинхронным двигателем // Труды XIV Международной научн.-техн. конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика»: Тез. Докл. В 3-х т., Издательство МЭИ, 2008, т.2, с.133-134].
Система-прототип, основана на структуре наблюдателя, использующего релейный элемент в цепи обратной связи (наблюдатель скользящего режима), а также предназначенный для фильтрации вектора потокосцепления ротора фильтр Калмана [Синицын И.Н. Фильтры Калмана и Пугачева. Учебное пособие. Университетская книга, Логос, 2006.].
Недостаток прототипа состоит в том, что в установившемся режиме он сохраняет ненулевую ошибку в оценке тока и требует высокой частоты дискретизации аналоговых измерений для корректного выполнения цифровой обработки. Получаемый при этом выходной сигнал оценки положения ротора зашумлен, а роль фильтра Калмана сводится к фильтрации зашумленного сигнала.
Раскрытие полезной модели
Предметом полезной модели является система векторного бездатчикового управления многофазным электродвигателем, содержащая многофазный преобразователь частоты, измерительные датчики тока и напряжения, по меньшей мере, двух фаз преобразователя и управляющий блок, выполненный на основе программируемого контроллера с возможностью аналого-цифрового преобразования измеренных значений тока и напряжения в текущие параметры вращающихся векторов Y тока и U напряжения статора, обработки векторных данных на цифровых моделях статорной обмотки и синусно-косинусного фильтра Калмана, вычисления выходного значения цифровой модели статорной обмотки при входном значении, равном разности вектора U и вектора текущей оценки ЭДС статора, вычисленного по формуле
,
где k - коэффициент обратной связи, - выходной вектор цифрового синусно-косинусного фильтра Калмана, полученный при входном векторе, вычисленном по указанной формуле на предыдущем шаге цифровой обработки, определения текущего аргумента вектора и соответствующей этому аргументу оценки углового положения ротора.
Отличие заявляемого устройства состоит в том, что в нем управляющий блок выполнен с возможностью вычисления вектора текущей оценки ЭДС статора, включающего в качестве второго слагаемого выходной вектор цифрового синусно-косинусного фильтра Калмана, полученный при входном векторе, вычисленном по указанной формуле на предыдущем шаге цифровой обработки.
Заявляемая система по сравнению с прототипом позволяет получить более точную оценку наблюдаемой переменной Y и менее зашумленный выходной сигнал в установившемся режиме работы. Это, в свою очередь, позволяет обеспечить бездатчиковое векторное управление электродвигателем в расширенном диапазоне скоростей вращения и с лучшим КПД.
Краткое описание фигур
На фиг.1 приведена функциональная блок-схема системы, иллюстрирующая пример осуществления заявляемого устройства.
Осуществление полезной модели
На блок-схеме фиг.1 показаны:
- механизм 1, приводимый во вращение электродвигателем 2;
- трехфазный преобразователь частоты, включающий звено 3 постоянного тока (состоящее из выпрямителя и сглаживающего LC-фильтра) и инвертор 4 напряжения с широтно-импульсной модуляцией;
- датчик 5 напряжения звена 3 постоянного тока и датчики 6 фазных токов электродвигателя 2;
- управляющий блок 7, выполненный на базе программируемого микроконтроллера.
Блок 7 воздействуя на инвертор 4, осуществляет под воздействием программы бездатчиковое векторное управление электродвигателем 2 с использованием результатов измерений.
Для пояснения работы на фиг.1 условно показаны блоки 8-18, иллюстрирующие осуществление функциональных возможностей блока 7, обеспечивающих получение оценки θ углового положения ротора для векторного управления фазами инвертора.
Блок 8 иллюстрирует функции блока 7 по преобразованию мгновенных значений аналоговых сигналов от датчиков 5 и 6 в цифровые данные, а также по косвенному измерению фазных напряжений путем расчета их значений по величине измеренного напряжения звена 3 и текущей скважности выходного напряжения соответствующей фазы инвертора 4. (Возможно использование результатов прямых измерений фазных напряжений).
Из блока 8 на входы блока 9 поступают в цифровом виде мгновенные значения напряжений uA(t) uB(t) и токов iA(t), iB(t) двух фаз статорной обмотки электродвигателя. В блоке 9 эти данные преобразуются в параметры вращающихся векторов тока Y и напряжения U в двухмерной декартовой системе координат, неподвижной относительно статора.
Последующая цифровая обработка двухкоординатных векторов Y и U осуществляется в функциональном блоке 10, иллюстрирующем структуру наблюдателя, на котором основана заявляемая система управления.
Блок 10 представляет собой замкнутую систему оценки вектора ЭДС статора с обратной связью по ошибке оценки тока статора. Функциональная структура блока 10 включает сумматор 11, вычисляющий текущую ошибку оценки тока, сумматор 12, вычисляющий текущую разность вектора U и вектора оценки ЭДС статора, а также блоки 13 и 14, представляющие собой двухкоординатные цифровые модели. Структура блока 13 иллюстрирует цифровую модель активно-индуктивной цепи, отражающей характеристики статорной обмотки электродвигателя 2, а структура блока 14 - цифровую модель цепи обратной связи, определяющей характеристики наблюдателя.
Текущая ошибка подается на вход блока 14, разность - на вход блока 13. Выходным параметром блока 13 является вектор оценки тока статора, а выходным параметром блока 14 - вектор оценки ЭДС статора.
Функциональную структуру блока 13 образуют интегратор (1/p), охваченный обратной связью через матрицу С преобразований, и матрица В проводимостей. Элементы матриц В и С определяются параметрами статорных обмоток электродвигателя 2.
Функциональную структуру блока 14 образуют масштабирующий элемент 15, сумматор 16 и синусно-косинусный фильтр 17. Выход фильтра 17 замкнут на его вход через сумматор 16, добавляющий к выходной величине фильтра 17 слагаемое , кратное ошибке оценки тока.
В соответствии с заявляемой полезной моделью вектор вычисляется сумматором 16 как сумма двух слагаемых: слагаемого , кратного ошибке оценки тока, и слагаемого , равного выходному вектору фильтра 17, вычисленному на предыдущем шаге цифровой обработки.
Блок 18 отражает определение текущего аргумента вектора и соответствующей этому аргументу оценки θ углового положения ротора. Оценка θ используется блоком 7 для векторного управления электродвигателем в соответствии с технологическими требованиями к работе механизма 1.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Пусть, например, в начальный момент времени (т.е. на первом шаге цифровой обработки, выполняемой по заданной программе), хотя бы одно измеряемое напряжение uA(t), uB(t) и, хотя бы один измеремый ток iA(t), iB(t) не равны нулю (тогда векторы U и Y также не равны нулю), а выходной сигнал фильтра 17 отсутствует (т.е. равен нулю). В отсутствие сигнала с выхода фильтра 17 наблюдатель, структуру которого иллюстрирует блок 10, имеет цепь обратной связи с фиксированным коэффициентом передачи. При этом на один вход сумматора 12 поступает сигнал U, полученный из результатов измерений, а на другой - неравный нулю сигнал обратной связи , где в начальный момент принимает случайное (или принудительно заданное, например, нулевое) значение.
Тогда выдаваемый сумматором 16 вектор текущей оценки ЭДС статора, поступающий на входы сумматора 12 и фильтра 17, равен ненулевому вектору , поступающему на вход сумматора 16.
Ненулевой вектор , поступая на вход фильтра 17, обеспечивает появление ненулевой величины на выходе этого фильтра и на втором входе сумматора 16.
На каждом шаге цифровой обработки к выходному вектору , фильтра 17 сумматором 16 добавляется вектор обратной связи, образуя входной вектор для обработки фильтром 17 на следующем шаге. Такая «замкнутость на себя» фильтра 7 приводит к пошаговому возрастанию вектора текущей оценки ЭДС статора. Поскольку наблюдатель (блок 10) представляет собой систему с отрицательной обратной связью, разность , формируемая сумматором 12, изменяется так, что ошибка оценки тока уменьшается.
Со временем доля вектора на выходе сумматора 16 уменьшается, а доля вектора - увеличивается. Такая эволюция будет происходить до тех пор, пока ошибка не обратится в ноль. После этого в фильтре 7 будет «циркулировать» вектор , который обеспечивает равенство . Это может произойти только в том случае, когда полученная оценка ЭДС точно совпала с реальной ЭДС двигателя. Поскольку фильтр 7 это фильтр Калмана, выходной сигнал которого представляет собой оценку с минимальной ошибкой основной гармоники его входного сигнала, в установившемся режиме вектор практически не содержит шумовых составляющих.
Производя необходимые вычислительные действия с параметрами (декартовыми координатами) вектора блок 18 определяет текущий аргумент вектора и соответствующую этому аргументу (например, отличающуюся на заданный угол) текущую оценку θ углового положения ротора.
Изложенное поясняет и подтверждает получение технического результата полезной модели, указанного выше.

Claims (1)

  1. Система векторного бездатчикового управления многофазным электродвигателем, содержащая многофазный преобразователь частоты, измерительные датчики тока и напряжения, по меньшей мере, двух фаз преобразователя и управляющий блок, выполненный на основе программируемого контроллера с возможностью аналого-цифрового преобразования измеренных значений тока и напряжения в текущие параметры вращающихся векторов Y тока и U напряжения статора, обработки векторных данных на цифровых моделях статорной обмотки и синусно-косинусного фильтра Калмана, вычисления выходного значения
    Figure 00000001
    цифровой модели статорной обмотки при входном значении, равном разности вектора U и вектора
    Figure 00000002
    текущей оценки ЭДС статора, вычисленного по формуле
    Figure 00000003
    ,
    где k - коэффициент обратной связи,
    Figure 00000004
    - выходной вектор цифрового синусно-косинусного фильтра Калмана, полученный при входном векторе, вычисленном по указанной формуле на предыдущем шаге цифровой обработки, определения текущего аргумента вектора
    Figure 00000005
    и соответствующей этому аргументу оценки углового положения ротора.
    Figure 00000006
RU2010132887/07U 2010-08-05 2010-08-05 Система векторного бездатчикового управления многофазным электродвигателем RU99911U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010132887/07U RU99911U1 (ru) 2010-08-05 2010-08-05 Система векторного бездатчикового управления многофазным электродвигателем

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010132887/07U RU99911U1 (ru) 2010-08-05 2010-08-05 Система векторного бездатчикового управления многофазным электродвигателем

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU99911U1 true RU99911U1 (ru) 2010-11-27

Family

ID=44057958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010132887/07U RU99911U1 (ru) 2010-08-05 2010-08-05 Система векторного бездатчикового управления многофазным электродвигателем

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU99911U1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2560090C1 (ru) * 2011-08-15 2015-08-20 Мейденша Корпорейшн Устройство управления электродвигателем с постоянными магнитами без использования датчиков положения
RU2631266C1 (ru) * 2013-09-10 2017-09-20 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Контроллер двигателя
RU2690532C1 (ru) * 2018-06-27 2019-06-04 Акционерное общество "Сарапульский электрогенераторный завод" Система управления электроприводом транспортного средства

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2560090C1 (ru) * 2011-08-15 2015-08-20 Мейденша Корпорейшн Устройство управления электродвигателем с постоянными магнитами без использования датчиков положения
RU2631266C1 (ru) * 2013-09-10 2017-09-20 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Контроллер двигателя
RU2690532C1 (ru) * 2018-06-27 2019-06-04 Акционерное общество "Сарапульский электрогенераторный завод" Система управления электроприводом транспортного средства

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107154763B (zh) 永磁同步电机无差拍直接转矩控制系统及控制方法
Mikail et al. A fixed switching frequency predictive current control method for switched reluctance machines
CN104104301B (zh) 一种无速度传感器的内插式永磁同步电机无源控制方法
JP2014515244A (ja) 温度補償と共に電気モータを制御する方法およびシステム
KR20100068866A (ko) 영구자석형 동기 전동기의 센서리스 제어방법
CN106026803A (zh) 一种基于滑模观测器的无速度传感器控制方法
CN106026817A (zh) 一种基于采用卡尔曼滤波器的滑模观测器的无速度传感器控制系统
TW201601445A (zh) 用於永磁電動機的無感測器式磁場導向控制系統、方法和設備
CN105119538A (zh) 一种永磁同步电机的驱动电路及驱动方法
CN106059424A (zh) 一种基于改进卡尔曼观测器的无速度传感器控制方法
US8618756B2 (en) Systems and method for controlling electric motors
TWI533591B (zh) 一種適用於內嵌式永磁同步馬達及同步磁阻馬達以延伸型反電動勢估測為基礎的預測電流控制方法
RU2560090C1 (ru) Устройство управления электродвигателем с постоянными магнитами без использования датчиков положения
RU99911U1 (ru) Система векторного бездатчикового управления многофазным электродвигателем
CN103986392B (zh) 一种低速直驱式交流伺服系统的控制方法
RU2428784C1 (ru) Способ бездатчиковой оценки углового положения ротора многофазного электродвигателя
CN110212832A (zh) 用于异步电机的磁链观测方法、系统及介质
DK2747273T3 (en) Method and apparatus for assessing the torque of a synchronous machine
Comanescu Implementation of time-varying observers used in direct field orientation of motor drives by trapezoidal integration
US9035587B2 (en) Motor control loop with fast response
CN114024382B (zh) 一种基于负载转矩反馈的永磁同步电机单转速环调速装置
CN110798113B (zh) 一种永磁同步电机相位补偿器
JP2003111490A (ja) インバータ制御方法およびその装置
CN112260603A (zh) 电机驱动控制方法、控制装置和存储介质
Zhu et al. The research of sensorless vector control for permanent magnet linear synchronous motor.

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20110806