專(zhuān)利名稱(chēng)：電機(jī)矢量控制中勵(lì)磁電流的動(dòng)態(tài)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種電機(jī)勵(lì)磁電流的控制方法，可應(yīng)用在高動(dòng)態(tài)性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)中。在使用電機(jī)矢量控制法驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)或永磁同步電機(jī)等各種交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)，按照本發(fā)明提出的算法，根據(jù)電機(jī)特性和轉(zhuǎn)速、負(fù)載大小等運(yùn)行狀況可自動(dòng)決定矢量控制中所要求的電機(jī)的勵(lì)磁電流值。按照本發(fā)明提供的控制方法，無(wú)論電機(jī)是否安裝了位置傳感器，也即無(wú)論使用的是有位置傳感器矢量控制還是無(wú)位置傳感器矢量控制，也不論電機(jī)是異步電機(jī)還是永磁直流電機(jī)或者直流無(wú)刷電機(jī)，電機(jī)在整個(gè)速度范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)都可以動(dòng)態(tài)控制電機(jī)勵(lì)磁電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流控制的無(wú)電機(jī)參數(shù)化，而且在電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)通常意義上的弱磁控制。應(yīng)用這種方法，不僅避免了矢量控制法事先需要檢測(cè)計(jì)算電機(jī)參數(shù)等繁雜的過(guò)程，而且可以自動(dòng)適應(yīng)同一電機(jī)在不同工況時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)所導(dǎo)致的參數(shù)變化，極為簡(jiǎn)便實(shí)用。
背景技術(shù)：
在電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，矢量控制法由于解耦了勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的相互耦合關(guān)系，單獨(dú)控制勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流成為可能，使得交流異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)等交流電機(jī)的動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性都可以與直流電機(jī)相媲美，因此矢量控制法在電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高端應(yīng)用中得到了廣泛地普及，目前國(guó)內(nèi)外極大多數(shù)的變頻器廠(chǎng)商在高端產(chǎn)品上幾乎都具備了矢量控制模式。然而，矢量控制法從根本上來(lái)說(shuō)，是一種根據(jù)電機(jī)的基本原理將電機(jī)的交流電壓和交流電流通過(guò)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換后解耦了勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流并加以控制的方法，在具體控制過(guò)程中大量使用了電機(jī)的定轉(zhuǎn)子電阻、電感等參數(shù)，特別是普通的無(wú)位置傳感器矢量控制，對(duì)電機(jī)參數(shù)的精度要求尤其嚴(yán)格。具體來(lái)說(shuō)，要控制勵(lì)磁電流，則控制系統(tǒng)必須首先需要有勵(lì)磁電流的指令值。通常在執(zhí)行矢量控制邏輯前，需要將電機(jī)的定轉(zhuǎn)子電阻、定轉(zhuǎn)子漏感、互感或者直軸、橫軸電感等電機(jī)參數(shù)情報(bào)輸入控制系統(tǒng)中，或者利用事先編制的步驟測(cè)出電機(jī)的參數(shù)值，然后計(jì)算出額定勵(lì)磁電流值并作為指令值加以控制。例如對(duì)于異步電機(jī)而言，一般的方法是首先需要計(jì)算出或者實(shí)測(cè)出電機(jī)的額定磁鏈值和互感值，然后將額定磁鏈值除以互感值得到額定勵(lì)磁電流。在電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)一般保持勵(lì)磁電流為一常數(shù)，而當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度高于額定轉(zhuǎn)速時(shí)則按轉(zhuǎn)速的反比例計(jì)算出此時(shí)的勵(lì)磁電流指令值而加以控制，而這個(gè)過(guò)程一般被稱(chēng)為弱磁控制。由于上述步驟較為繁瑣，同時(shí)由計(jì)算得到的數(shù)值有可能隨著電機(jī)的溫升、鐵心的飽和度等實(shí)際運(yùn)行狀況變化，特別在通用變頻器等實(shí)際工程應(yīng)用中，直流電壓由交流電源整流得到，所以一般在電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速附近輸出電壓沒(méi)有余量。如果此時(shí)勵(lì)磁電流的指令值稍稍偏大，則容易造成電機(jī)感應(yīng)電壓偏大，使得電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速前就因變頻器輸出電壓與感應(yīng)電壓及定子壓降平衡，電機(jī)轉(zhuǎn)速不能進(jìn)一步提升。另外，在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度超過(guò)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，如果不調(diào)整減小勵(lì)磁電流以適當(dāng)減少電機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，同樣電機(jī)轉(zhuǎn)速將無(wú)法繼續(xù)上升。反過(guò)來(lái)，如果勵(lì)磁電流偏小，則會(huì)造成電機(jī)沒(méi)有工作在設(shè)計(jì)動(dòng)作點(diǎn)上，電機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)度不足，使得電機(jī)感應(yīng)電壓偏小，此時(shí)矢量控制的電流控制環(huán)在偏小的感應(yīng)電壓下，容易造成輸出電壓偏小，其結(jié)果使得同樣輸出功率時(shí)電流偏大，這不僅降低了變頻器的功率器件的利用率，而且電機(jī)的效率也隨之降低。本發(fā)明提出的勵(lì)磁電流動(dòng)態(tài)控制法,利用調(diào)整勵(lì)磁電流的大小來(lái)調(diào)整電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)，使變頻器的輸出電壓工作在指定的電壓上。其原理簡(jiǎn)單可靠，可有效地控制勵(lì)磁電流工作在最優(yōu)動(dòng)作點(diǎn)，使整個(gè)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)合理運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在為電機(jī)矢量控制法提供一種簡(jiǎn)單實(shí)用的勵(lì)磁電流動(dòng)態(tài)控制法，其特征在于包含如下技術(shù)內(nèi)容(I)利用VVVF控制法中常用的輸出電壓/頻率曲線(xiàn)(V/F曲線(xiàn))，建立起一張輸出線(xiàn)電壓/轉(zhuǎn)子頻率的表格。輸出線(xiàn)電壓/頻率曲線(xiàn)可以簡(jiǎn)單地設(shè)置為圖I所示的直線(xiàn)①； 考慮到電機(jī)的不同負(fù)載特性，也可以設(shè)置為圖I中所示的S曲線(xiàn)②，或者設(shè)置為曲線(xiàn)③或曲線(xiàn)④，或者設(shè)置為用戶(hù)自定義特性曲線(xiàn)。這些曲線(xiàn)代表著電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子頻率和電機(jī)輸出線(xiàn)電壓之間的一個(gè)最優(yōu)的關(guān)系。(2)有位置傳感器矢量控制時(shí)，控制系統(tǒng)可根據(jù)位置傳感器計(jì)算出當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)行頻率f；或轉(zhuǎn)子角頻率;而在無(wú)位置傳感器矢量控制時(shí)，控制系統(tǒng)有一套電機(jī)轉(zhuǎn)子位置推算邏輯，可以推測(cè)出當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)行頻率f；或轉(zhuǎn)子角頻率屯，如圖2所示的無(wú)位置傳感器矢量控制系統(tǒng)，便可以在速度觀測(cè)器模塊(Speed Observer)中，通過(guò)電流電壓信息推算出當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)行頻率f；和轉(zhuǎn)子角頻率倉(cāng)。(3)利用當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)行頻率f；，通過(guò)查表插值法等方法計(jì)算得出當(dāng)前的變頻器輸出電壓指令值1C,。(4)通過(guò)下式的比例積分PI計(jì)算得到勵(lì)磁電流指令值& 4 = + Kp (V；ul - Voul) + & J(C - Voul )泣式 I這里，Iimci為勵(lì)磁電流初值，異步電機(jī)時(shí)可將該值初始化為電機(jī)空載電流，他勵(lì)式同步電機(jī)將該值初始化為電機(jī)額定設(shè)計(jì)電流，而永磁同步電機(jī)或直流無(wú)刷電機(jī)時(shí)則可將該值初始化為零或一個(gè)較小的數(shù)值。K1^PK1為勵(lì)磁電流PI運(yùn)算的比例和積分增益。Vwt為矢量控制時(shí)變頻器的輸出線(xiàn)電壓，由轉(zhuǎn)矩軸電流控制ACRT單元的輸出電壓Vit和勵(lì)磁軸電流控制ACRM單元的輸出電壓Vim所求得的均方根，如下式所示
_4] L =VC+4 式 2(5)上述勵(lì)磁電流控制過(guò)程中，當(dāng)變頻器輸出電壓指令值^,大于變頻器的輸出線(xiàn)電壓Vtjut時(shí)，說(shuō)明此時(shí)電機(jī)的勵(lì)磁電流偏小，造成電機(jī)磁場(chǎng)偏小而導(dǎo)致電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)較小，使得變頻器的輸出線(xiàn)電壓Vrat比理想值小，此時(shí)應(yīng)該增加勵(lì)磁電流，而勵(lì)磁電流PI控制的計(jì)算正好可以使勵(lì)磁電流逐步增加，直到變頻器輸出線(xiàn)電壓與電壓指令值平衡為止；反過(guò)來(lái)，當(dāng)變頻器輸出電壓指令值匕小于變頻器的輸出線(xiàn)電壓Vrat時(shí)，說(shuō)明此時(shí)電機(jī)的勵(lì)磁電流偏大，電機(jī)磁場(chǎng)過(guò)強(qiáng)，造成電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)偏大，此時(shí)PI控制的計(jì)算正好可以使勵(lì)磁電流逐步減小，直到變頻器輸出線(xiàn)電壓與電壓指令值平衡為止。(6)由于電機(jī)磁場(chǎng)的時(shí)間常數(shù)通常較大，所以勵(lì)磁電流一般不希望變化較快。如果式I計(jì)算得到的勵(lì)磁電流指令值變化劇烈，可以使用一次或二次低通濾波器LPF(Low PassFilter)，將上述式I計(jì)算得到的勵(lì)磁電流指令值加以濾波和平滑處理，該處理也可使用移動(dòng)平均法。平滑處理后得到的勵(lì)磁電流值(I/乍為最終勵(lì)磁電流指令值，傳達(dá)到勵(lì)磁電流控制器ACRM單元執(zhí)行。當(dāng)然，一般情況下式I計(jì)算得到的勵(lì)磁電流指令值也可直接使用。(7)式2的計(jì)算式反映了電機(jī)矢量控制中高速電流控制環(huán)所要求的變頻器輸出線(xiàn)電壓。實(shí)際上該輸出電壓計(jì)算值在電機(jī)轉(zhuǎn)速接近和超過(guò)額定轉(zhuǎn)速時(shí)將大于變頻器的額定輸出電壓。由于變頻器的輸出電壓受到限制，特別是通用變頻器的直流電壓由交流電源整流得到，所以必須設(shè)置輸出電壓的上下限。為了保證勵(lì)磁電流指令值PI控制的正常動(dòng)作，矢量控制的電壓輸出極限值則被設(shè)置為比電機(jī)額定電壓也即變頻器的額定輸出電壓稍稍偏大一點(diǎn)，例如可設(shè)置為高出IOV 30V。而計(jì)算占空比時(shí)使用的電壓輸出極限值，為了保證變頻器正常動(dòng)作則被另外設(shè)置為變頻器的額定輸出電壓，以避免出現(xiàn)輸出臺(tái)形波電壓的狀況。當(dāng)然，在變頻器輸出電壓被設(shè)計(jì)為余量較大時(shí)，特別是當(dāng)變頻器裝置具有升壓?jiǎn)卧獣r(shí)，則可按實(shí)際輸出電壓能力值設(shè)置。
(8)上述I 7的步驟在圖2所示的矢量控制邏輯圖中，代表了電機(jī)的磁場(chǎng)控制器單元(Field Controller),該磁場(chǎng)控制器的詳細(xì)流程可由圖3表示。與矢量控制核心部分如坐標(biāo)變換(3/2或2/3Coordinate Transform)、電流控制(ACRi^PACRT)等環(huán)節(jié)稍有不同的是，磁場(chǎng)控制器可以按照相對(duì)較慢的周期(如IOmsec或20msec)被執(zhí)行，以減輕CPU的邏輯運(yùn)算負(fù)擔(dān)。當(dāng)然，以載波周期或載波的整數(shù)倍運(yùn)行則效果更佳。(9)當(dāng)電機(jī)為永磁同步電機(jī)或直流無(wú)刷電機(jī)時(shí)，由于電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)與轉(zhuǎn)速有關(guān)的原理不變，所以同樣可以根據(jù)負(fù)載特性選擇不同的輸出線(xiàn)電壓/頻率曲線(xiàn)。但是第4節(jié)中所敘述的初值Ilnutl可以根據(jù)永磁電機(jī)特性設(shè)置為零或設(shè)計(jì)值。(10)另外，為保證矢量控制系統(tǒng)的正常工作，勵(lì)磁電流的計(jì)算值必須加以上下限處理。由于異步電機(jī)和他勵(lì)式同步電機(jī)總是需要?jiǎng)?lì)磁電流來(lái)提供電機(jī)的磁場(chǎng)，所以下限值必須設(shè)置為正數(shù)；而當(dāng)電機(jī)為永磁同步電機(jī)或直流無(wú)刷電機(jī)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)由永磁體提供，考慮到電機(jī)弱磁的需要，下限值將被設(shè)置為負(fù)數(shù)，一般在額定電流的-40%以下即可。而兩者的上限值一般設(shè)置為額定電流的30% 60%即可。(11)圖2所示為無(wú)位置傳感器矢量控制流程，但是本發(fā)明同樣適合有位置傳感器時(shí)的矢量控制。只不過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)子頻率時(shí)使用了在圖2中沒(méi)有顯示的位置傳感器，其基本原理是一樣的。(12)當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在中低速區(qū)域時(shí)，由于V/F曲線(xiàn)上的電壓可以被看作此時(shí)電機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)最優(yōu)運(yùn)行電壓，因此磁場(chǎng)控制器動(dòng)作時(shí)，根據(jù)式I的PI運(yùn)算原理，勵(lì)磁電流將被調(diào)節(jié)在一個(gè)最優(yōu)值，使得最終變頻器實(shí)際輸出線(xiàn)電壓正好等于此時(shí)的變頻器的輸出電壓指令值C。(13)當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率開(kāi)始超過(guò)設(shè)計(jì)的額定頻率fn時(shí)，由于變頻器輸入電壓的局限性，如圖I所示，此時(shí)的變頻器的輸出電壓指令值要求被維持在額定輸出電壓Vn上而不再提升。但是，在電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率剛開(kāi)始超過(guò)額定頻率4時(shí)(勵(lì)磁電流還沒(méi)有被調(diào)整時(shí))，由于勵(lì)磁電流被控制在額定值附近，變頻器的最大輸出電壓與電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)和定子壓降之和正好處于平衡狀態(tài)，其輸出線(xiàn)電壓值正好為額定輸出電壓\。為了提升電機(jī)速度，矢量控制系統(tǒng)必然會(huì)加大轉(zhuǎn)矩電流以提升電磁轉(zhuǎn)矩，而下一環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)矩電流控制環(huán)ACRT進(jìn)而會(huì)提高轉(zhuǎn)矩電壓，所以此時(shí)計(jì)算得到的輸出電壓Vwt必然會(huì)大于額定輸出電壓vn。(14)因此，此時(shí)磁場(chǎng)控制器開(kāi)始動(dòng)作的話(huà)，由于此時(shí)輸出電壓Vrat必然會(huì)大于額定輸出電壓Vn，根據(jù)式I的PI運(yùn)算原理，勵(lì)磁電流必然開(kāi)始逐步降低，直到輸出電壓Vrat與額定輸出電壓Vn相等為止。而這個(gè)過(guò)程則正好是一個(gè)弱磁控制過(guò)程，其結(jié)果達(dá)到了利用有限的輸出電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)高速運(yùn)行的目的。(15)按照上述動(dòng)作原理，本發(fā)明不僅在中低速區(qū)域可以自動(dòng)推斷出最優(yōu)勵(lì)磁電流，而且在高頻區(qū)域時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)弱磁控制。這個(gè)過(guò)程，并不需要很復(fù)雜的電機(jī)參數(shù)計(jì)算和測(cè)量，而且可以自動(dòng)適應(yīng)同一電機(jī)在不同工況時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)所導(dǎo)致的參數(shù)變化，極為簡(jiǎn)便實(shí)用。


圖I :各種電機(jī)輸出線(xiàn)電壓與頻率關(guān)系2 :無(wú)位置傳感器矢量控制概略3 :矢量控制中磁場(chǎng)控制器的控制流程圖中符號(hào)說(shuō)明fr :轉(zhuǎn)子運(yùn)行頻率，由位置傳感器測(cè)出或無(wú)感矢量控制邏輯推測(cè)得到。fn 電機(jī)額定運(yùn)行頻率。4 :勵(lì)磁電流指令值。I；M . 經(jīng)過(guò)濾波計(jì)算后得到的最終勵(lì)磁電流指令值。i1M :勵(lì)磁電流實(shí)際反饋值。Ilm 0 :勵(lì)磁電流初值。轉(zhuǎn)矩電流指令值。ilt :轉(zhuǎn)矩電流實(shí)際反饋值。iu:U相電流瞬時(shí)值。iv:V相電流瞬時(shí)值。iw:W相電流瞬時(shí)值。Kp :勵(lì)磁電流PI控制的比例增益。K1 :勵(lì)磁電流PI控制的積分增益。LPF :Low Pass Filter,即低通濾波器。Vlni:勵(lì)磁電壓。Vlt :轉(zhuǎn)矩電壓。Vwt :矢量控制時(shí)變頻器的輸出線(xiàn)電壓。Vul :當(dāng)前的變頻器輸出電壓指令值。Vn 電機(jī)額定輸出電壓。必:無(wú)感矢量控制時(shí)的轉(zhuǎn)子運(yùn)行角速度推算值，允=2<。cor :有位置傳感器時(shí)的轉(zhuǎn)子運(yùn)行角速度測(cè)量值，、=2 f；
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :本實(shí)施例為直流無(wú)刷電機(jī)無(wú)位置傳感器拖動(dòng)空調(diào)的壓縮機(jī)，驅(qū)動(dòng)時(shí)使用了直流無(wú)刷電機(jī)的無(wú)位置傳感器矢量控制。為了避免電機(jī)參數(shù)計(jì)算和測(cè)量，首先需要查詢(xún)電機(jī)銘牌參數(shù)，了解電機(jī)的額定電壓、額定頻率，然后根據(jù)電機(jī)種類(lèi)和所帶負(fù)載種類(lèi)，選擇V/F曲線(xiàn)。本實(shí)施例中由于電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)基本與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度成正比，所以V/F曲線(xiàn)被選擇為①號(hào)。在具體決定曲線(xiàn)形狀時(shí)，在低速時(shí)需要考慮到電機(jī)定子壓降，所以起動(dòng)頻率
2.5Hz上的電機(jī)電壓調(diào)高至3. 5%的額定電壓；在額定頻率180Hz時(shí)則將電壓設(shè)為電機(jī)額定線(xiàn)電壓176V ;超過(guò)額定頻率的區(qū)域，電壓一律定為額定電壓(如圖I的曲線(xiàn)①)。接下來(lái)需要決定PI控制的勵(lì)磁電流初值。由于直流無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子安裝有永磁體，電機(jī)勵(lì)磁電流幾乎可以不要，但為提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以本實(shí)施例中將勵(lì)磁電流初值設(shè)置為10%的電機(jī)額定電流，電機(jī)額定電流為8. 8A，勵(lì)磁電流初值設(shè)置為0. 88A。這個(gè)初值實(shí)際并不是很重要，在隨后的勵(lì)磁電流自動(dòng)控制中其影響將很快被積分項(xiàng)所取代。在矢量控制系統(tǒng)開(kāi)始工作后，磁場(chǎng)控制器將隨著預(yù)先設(shè)定的周期定期計(jì)算勵(lì)磁電流指令值。本實(shí)施例中，磁場(chǎng)控制器按照IOmsec—次執(zhí)行邏輯運(yùn)算。首先，磁場(chǎng)控制器讀 入速度觀測(cè)器所推測(cè)出的轉(zhuǎn)子頻率，然后根據(jù)所選擇的V/F曲線(xiàn)，利用插值法計(jì)算出變頻器輸出指令電壓。然后按照式2所示的計(jì)算公式，由轉(zhuǎn)矩軸電流控制ACRT單元的輸出電壓Vit和勵(lì)磁軸電流控制ACRM單元的輸出電壓Vim計(jì)算得到均方根，將該值作為計(jì)算出前一周期的變頻器輸出線(xiàn)電壓。然后按照式I所示的PI控制計(jì)算式計(jì)算出勵(lì)磁電流指令值。本實(shí)施例中，積分計(jì)算簡(jiǎn)單地使用了離散化歐拉積分法。另外，勵(lì)磁電流PI控制中勵(lì)磁電流的上下限的檢查是保證PI運(yùn)算有效的一個(gè)重要手段。本實(shí)施例中由于是直流無(wú)刷電機(jī)，勵(lì)磁電流下限被設(shè)為-30%額定電流，上限被設(shè)為30%額定電流。還有，高速電流控制環(huán)所得到的輸出電壓的上下限的設(shè)置也比較重要。本實(shí)施例中，電源輸入為單相220V，電機(jī)額定電壓為176V，但由于有正弦波升壓環(huán)節(jié)，直流母線(xiàn)電壓得到了較大的提升。為了保證勵(lì)磁電流指令值PI控制的正常動(dòng)作，矢量控制的電壓輸出極限值則被設(shè)置為稍稍偏大一點(diǎn)的200V，計(jì)算占空比時(shí)使用的電壓輸出極限值也同時(shí)被設(shè)置為 200V。由于電機(jī)的勵(lì)磁電流變化過(guò)大將導(dǎo)致電機(jī)的工作點(diǎn)變化過(guò)快,進(jìn)而造成整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)振，所以除了將式I中的比例積分增益Kp和K1設(shè)置為一個(gè)適當(dāng)較小的值外，還使用了低通濾波器將式I的計(jì)算結(jié)果平滑化，低通濾波器的時(shí)間常數(shù)可以根據(jù)負(fù)載特性而定。本實(shí)施例中由于空調(diào)壓縮機(jī)負(fù)載變化不大，時(shí)間常數(shù)取為5sec lOsec，以緩解電機(jī)磁場(chǎng)的變化。實(shí)施例2 :—臺(tái)異步電機(jī)拖動(dòng)軋鋼機(jī)，驅(qū)動(dòng)時(shí)使用異步電機(jī)無(wú)位置傳感器矢量控制。同樣首先需要查詢(xún)電機(jī)銘牌參數(shù)，電機(jī)的額定電壓為380V、額定頻率為50Hz。然后根據(jù)電機(jī)種類(lèi)和所帶負(fù)載種類(lèi)，選擇V/F曲線(xiàn)。本實(shí)施例中由于需要較強(qiáng)的過(guò)載轉(zhuǎn)矩，所以V/F曲線(xiàn)被選擇為④號(hào)。起動(dòng)頻率0.5Hz上的電機(jī)電壓調(diào)高至6%的額定電壓；在額定頻率50Hz時(shí)則將電壓設(shè)為電機(jī)額定線(xiàn)電壓380V ;超過(guò)額定頻率的區(qū)域，電壓一律定為額定電壓(如圖I的④號(hào)曲線(xiàn))。接下來(lái)需要決定PI控制的勵(lì)磁電流初值。由于異步電機(jī)轉(zhuǎn)子需要?jiǎng)?lì)磁電流，本實(shí)施例2中將勵(lì)磁電流初值設(shè)置為25%的電機(jī)額定電流。同樣，在異步電機(jī)無(wú)位置傳感器矢量控制系統(tǒng)開(kāi)始工作后，磁場(chǎng)控制器將隨著預(yù)先設(shè)定的周期定期計(jì)算勵(lì)磁電流指令值。本實(shí)施例中，磁場(chǎng)控制器按照載波頻率執(zhí)行邏輯運(yùn)算。首先，磁場(chǎng)控制器讀入速度觀測(cè)器所推測(cè)出的轉(zhuǎn)子頻率，然后根據(jù)所選擇的④號(hào)V/F曲線(xiàn)，計(jì)算出變頻器輸出指令電壓。然后按照式2所示的計(jì)算公式，由轉(zhuǎn)矩軸電流控制ACRT單元的輸出電壓Vit和勵(lì)磁軸電流控制ACRM單元的輸出電壓Vim計(jì)算得到均方根，將該值作為前一周期的變頻器輸出線(xiàn)電壓。然后按照式I所示的PI控制計(jì)算式計(jì)算出勵(lì)磁電流指令值。本實(shí)施例中，積分計(jì)算使用了辛普森積分法，而勵(lì)磁電流下限被設(shè)為10%額定電流，上限被設(shè)為50%額定電流。還有，實(shí)施例2中的電源電壓為三相380V，電機(jī)額定電壓也為380V，為了保證勵(lì)磁電流指令值PI控制的正常動(dòng)作，矢量控制的電壓輸出極限值則被設(shè)置為稍稍偏大一點(diǎn)的400V，但在計(jì)算占空比時(shí)使用的電壓輸出極限值則被設(shè)置為380V。另外，本實(shí)施例中勵(lì)磁電流指令值的處理中不使用低通濾波器，直接將結(jié)果輸出到電流控制環(huán)ACRM 中。盡管至此為止以?xún)蓚€(gè)實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)，但是本發(fā)明并不受上述實(shí)施形態(tài)的限制，在本文中描述的技術(shù)思想的范圍內(nèi)，當(dāng)然也可以用其它各種不同類(lèi)型的形態(tài)實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.(I)使用有位置傳感器或無(wú)位置傳感器電機(jī)矢量控制法驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)或永磁同步電機(jī)等各種交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)，當(dāng)控制系統(tǒng)需要決定電機(jī)勵(lì)磁電流指令值時(shí)， 選擇一條合適的電機(jī)輸出線(xiàn)電壓/轉(zhuǎn)子頻率的曲線(xiàn)(V/F曲線(xiàn))，在CPU等演算裝置內(nèi)建立起一張輸出線(xiàn)電壓/頻率的表格，利用當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)行頻率f；，計(jì)算得出當(dāng)前的變頻器輸出電壓指令值，同時(shí)計(jì)算出此時(shí)變頻器的輸出線(xiàn)電壓Vrat,然后根據(jù)電機(jī)種類(lèi)決定勵(lì)磁電流初值Iimji,最后通過(guò)輸出電壓指令值匕和變頻器的輸出線(xiàn)電壓Vrat之間的比例微分PI計(jì)算得到勵(lì)磁電流指令值的一種勵(lì)磁電流動(dòng)態(tài)控制方法。
(2)上述權(quán)利要求項(xiàng)(I)中，勵(lì)磁電流指令值&按照下述計(jì)算式進(jìn)行計(jì)算的比例微分PI計(jì)算方法。
4=/W 0 + ^(C -o (匕,-u泣式丄 (3)上述權(quán)利要求項(xiàng)(I)中，電機(jī)輸出線(xiàn)電壓/轉(zhuǎn)子頻率的曲線(xiàn)可根據(jù)電機(jī)負(fù)載特性，選擇①直線(xiàn)、②S曲線(xiàn)、轉(zhuǎn)矩低減曲線(xiàn)③或轉(zhuǎn)矩增強(qiáng)曲線(xiàn)④，也可由客戶(hù)自定義特性曲線(xiàn)的一種電機(jī)最優(yōu)勵(lì)磁電流的選擇方法。
(4)上述權(quán)利要求項(xiàng)(I)中，用矢量控制中勵(lì)磁電流控制環(huán)輸出的勵(lì)磁電壓和轉(zhuǎn)矩電流控制環(huán)輸出的轉(zhuǎn)矩電壓計(jì)算出兩者的均方根值，然后用比電機(jī)額定電壓略大的數(shù)值加以極限值處理后得到變頻器輸出線(xiàn)電壓的一種輸出電壓計(jì)算方法。
(5)上述權(quán)利要求項(xiàng)⑵中，勵(lì)磁電流指令值&的比例微分PI計(jì)算部分中，根據(jù)電機(jī)種類(lèi)不同，預(yù)先設(shè)置適當(dāng)?shù)膭?lì)磁電流初值Iimji的一種勵(lì)磁電流動(dòng)態(tài)控制方法。
(6)上述權(quán)利要求項(xiàng)(2)中，使用一次或二次低通濾波器LPF，或用移動(dòng)平均法將計(jì)算得到的勵(lì)磁電流指令值加以濾波處理后作為最終勵(lì)磁電流指令值的一種勵(lì)磁電流平滑處理方法。
(7)上述權(quán)利要求項(xiàng)(2)中計(jì)算得到的勵(lì)磁電流指令值，按照電機(jī)的不同種類(lèi)，異步電機(jī)或他勵(lì)式同步電機(jī)時(shí)加以正數(shù)的下限值 正數(shù)的上限值，永磁同步電機(jī)或直流無(wú)刷電機(jī)加以負(fù)數(shù)的下限值 正數(shù)的上限值，分別加以不同的上下限處理一種勵(lì)磁電流極限值的處理方法。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電機(jī)勵(lì)磁電流的控制方法，可應(yīng)用在高動(dòng)態(tài)性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)的矢量控制系統(tǒng)中。本發(fā)明可應(yīng)用在有位置傳感器矢量控制或無(wú)位置傳感器矢量控制中，適用于所有具有旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的交流電機(jī)，例如異步電機(jī)和同步電機(jī)或者直流無(wú)刷電機(jī)，同時(shí)電機(jī)在整個(gè)速度范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)都可以動(dòng)態(tài)控制電機(jī)勵(lì)磁電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流控制的無(wú)電機(jī)參數(shù)化，而且高速運(yùn)行時(shí)可實(shí)時(shí)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)通常意義上的弱磁控制。應(yīng)用這種方法，不僅避免了矢量控制法事先需要檢測(cè)計(jì)算電機(jī)參數(shù)等繁雜的過(guò)程，而且可以自動(dòng)適應(yīng)同一電機(jī)在不同工況時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)所導(dǎo)致的參數(shù)變化，極為簡(jiǎn)便實(shí)用。
文檔編號(hào)H02P21/14GK102739149SQ20111009324
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者孔小明, 戴政 申請(qǐng)人:孔小明, 戴政