基于比例諧振控制器的同步電機(jī)磁鏈觀測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于比例諧振控制器的同步電機(jī)磁鏈觀測(cè)方法，包括步驟：采樣電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號(hào)，并將電壓和電流進(jìn)行3／2變換；計(jì)算出電流模型磁鏈備用；計(jì)算出電壓模型磁鏈備用，該電壓模型為基于比例諧振控制器的電壓模型；根據(jù)轉(zhuǎn)子角速度判斷是使用電流模型磁鏈還是電壓模型磁鏈。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：在全速范圍內(nèi)都可以有效地觀測(cè)磁鏈；可以應(yīng)用在交交變頻電勵(lì)磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，使系統(tǒng)具有良好的調(diào)速性能；使用的電壓模型無(wú)傳統(tǒng)電壓模型的飽和以及初始誤差問(wèn)題；使用的電壓模型可以有效地跟蹤磁鏈幅值變化；電壓模型在速度動(dòng)態(tài)變化時(shí)使用轉(zhuǎn)速和電流模型補(bǔ)償?shù)玫酵浇强梢杂行У馗櫞沛溩兓?br> 【專利說(shuō)明】基于比例諧振控制器的同步電機(jī)磁鏈觀測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及交交變頻電勵(lì)磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)磁鏈觀測(cè)器研究，尤其是以基于交交變頻器電勵(lì)磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，提出了新型磁鏈觀測(cè)器，該觀測(cè)器結(jié)合了電流模型和基于比例諧振控制器的電壓模型，闡明了新型磁鏈觀測(cè)器的原理，具體涉及基于比例諧振控制器的同步電機(jī)磁鏈觀測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]交交變頻電勵(lì)磁同步電機(jī)系統(tǒng)在大功率及特大功率低頻場(chǎng)合如礦井提升、軋機(jī)、船舶推進(jìn)和大型發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]基于晶閘管的交交變頻器具有效率高、易于實(shí)現(xiàn)負(fù)載側(cè)與電源側(cè)之間的能量回饋、過(guò)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，電勵(lì)磁同步電機(jī)具有功率因數(shù)可控、大功率電機(jī)制造容易等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]交交變頻電勵(lì)磁同步電機(jī)的控制采用基于氣隙磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)。氣隙磁鏈的獲取是同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。氣隙磁鏈可通過(guò)電流模型和電壓模型獲取。電流模型使用電流求取磁鏈，在低速和零速下可準(zhǔn)確獲取磁鏈，但由于需要參數(shù)較多，在速度較高時(shí)磁鏈計(jì)算誤差較大。傳統(tǒng)電壓模型是通過(guò)對(duì)定子電動(dòng)勢(shì)積分求取磁鏈，速度低時(shí)定子電動(dòng)勢(shì)小，導(dǎo)致計(jì)算誤差大，適用于在較高轉(zhuǎn)速范圍計(jì)算磁鏈。然而傳統(tǒng)電壓模型在實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在積分器飽和、初始積分誤差、數(shù)字控制系統(tǒng)相位滯后誤差等問(wèn)題。
[0005]針對(duì)傳統(tǒng)電壓模型存在的問(wèn)題，出現(xiàn)了很多改進(jìn)方法。文獻(xiàn)KHurst K D，Hableter T，Griva G，et al .Zero—speed tacholess IM torque control:Simplya matter of stator voltage integration[J].1EEE Transactions on IndustryApplications, 1998,34(4):790— 795.)使用低通濾波器代替純積分器來(lái)改善電壓模型，這種方法取得了一定的效果，但是該方法對(duì)磁鏈的幅值和相位估計(jì)都產(chǎn)生一定的誤差。文獻(xiàn)2(文曉燕，鄭瓊林，韋克康等.帶零漂補(bǔ)償和定子電阻自校正的磁鏈觀測(cè)器[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)2011,31 (12):102-107.)在低通濾波方法的基礎(chǔ)上根據(jù)定子磁鏈計(jì)算值和定子電流進(jìn)行零漂和電阻誤差在線估計(jì)，對(duì)相應(yīng)變量進(jìn)行校正來(lái)消除觀測(cè)結(jié)果中的直流分量，該方法取得較好效果，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)較復(fù)雜。文獻(xiàn)3 (高金文，溫旭輝，陳靜薇等.新型鎖相環(huán)定子磁鏈觀測(cè)器[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)2007，27 (18):41-47.)使用基于鎖相環(huán)原理內(nèi)置PI速度跟蹤調(diào)節(jié)器的磁鏈觀測(cè)器，本質(zhì)上是認(rèn)為電動(dòng)勢(shì)的磁鏈軸分量為零，這在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不成立的。文獻(xiàn)4(王宇，鄧智泉，王曉琳.一種新穎的電機(jī)磁鏈辨識(shí)算法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27 (6) =39—44.)采用高通濾波器和坐標(biāo)變換結(jié)合的方法來(lái)消除純積分環(huán)節(jié)帶來(lái)的問(wèn)題，并對(duì)電壓同步角頻率分量的相位進(jìn)行補(bǔ)償，該方法操作簡(jiǎn)單，但是由于電機(jī)定子電壓諧波含量大，這種方法對(duì)定子電壓高頻分量抑制較弱，帶來(lái)了相位和幅值誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的是為了實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)全速范圍內(nèi)觀測(cè)磁鏈并消除傳統(tǒng)電壓模型存在的問(wèn)題，提出了一種結(jié)合電流模型和基于比例諧振控制器的電壓模型磁鏈觀測(cè)器，見(jiàn)圖1。該模型在低速段使用電流模型觀測(cè)磁鏈，在高速段采用基于比例諧振控制器的電壓模型觀測(cè)磁鏈，并使用線性過(guò)渡的方法來(lái)完成模型間的過(guò)渡。
[0007]根據(jù)本發(fā)明提供的基于比例諧振控制器的同步電機(jī)磁鏈觀測(cè)方法，包括如下步驟:
[0008]步驟1:采樣電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號(hào)，并將電壓和電流進(jìn)行3/2變換；
[0009]步驟2:根據(jù)電流模型計(jì)算出電流模型磁鏈備用；
[0010]步驟3:根據(jù)電壓模型計(jì)算出電壓模型磁鏈備用，該電壓模型為基于比例諧振控制器的電壓模型；
[0011]步驟4:根據(jù)轉(zhuǎn)子角速度判斷是使用電流模型磁鏈還是電壓模型磁鏈。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟3包括如下子步驟:
[0013]步驟3.1:根據(jù)電壓、電阻和電流計(jì)算電動(dòng)勢(shì)；
[0014]步驟3.2:使用電流模型和轉(zhuǎn)子角速度計(jì)算出同步角速度；
[0015]步驟3.3:對(duì)電動(dòng)勢(shì)使用比例諧振控制器進(jìn)行同步角速度分量提??；
[0016]步驟3.4:根據(jù)坐標(biāo)變換計(jì)算出電壓模型磁鏈。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0018]I)在全速范圍內(nèi)都可以有效地觀測(cè)磁鏈。
[0019]2)可以應(yīng)用在交交變頻電勵(lì)磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，使系統(tǒng)具有良好的調(diào)速性能。
[0020]3)使用的電壓模型無(wú)傳統(tǒng)電壓模型的飽和以及初始誤差問(wèn)題。
[0021 ] 4)使用的電壓模型可以有效地跟蹤磁鏈幅值變化。
[0022]5)電壓模型在速度動(dòng)態(tài)變化時(shí)使用轉(zhuǎn)速和電流模型補(bǔ)償?shù)玫酵浇强梢杂行У馗櫞沛溩兓?br> 【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0024]圖1為磁鏈觀測(cè)器原理框圖；
[0025]圖2為基于電流給定值的電流模型原理圖；
[0026]圖3為基于坐標(biāo)變換的電壓模型原理框圖；
[0027]圖4為基于比例諧振控制器的同步電動(dòng)勢(shì)提取框圖；
[0028]圖5為傳統(tǒng)積分和比例諧振控制器算法對(duì)比波形；
[0029]圖6為突加勵(lì)磁電流時(shí)的磁鏈響應(yīng)；
[0030]圖7、圖8為重載時(shí)速度變化時(shí)的磁鏈響應(yīng)；
[0031]圖9為全速范圍內(nèi)磁鏈觀測(cè)波形；
[0032]圖10為交交變頻電勵(lì)磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0033]圖11為數(shù)字控制器結(jié)構(gòu)；
[0034]圖12至16為重載工況下矢量控制系統(tǒng)波形。【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0036]1、比例諧振控制器提取信號(hào)
[0037]比例控制器和諧振控制器結(jié)合，即比例諧振(Proportional Resonant, PR)控制器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)諧振頻率的信號(hào)的提取。其傳遞函數(shù)Gpk(s)為
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種基于比例諧振控制器的同步電機(jī)磁鏈觀測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:采樣電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號(hào)，并將電壓和電流進(jìn)行3 / 2變換； 步驟2:根據(jù)電流模型計(jì)算出電流模型磁鏈備用； 步驟3:根據(jù)電壓模型計(jì)算出電壓模型磁鏈備用，該電壓模型為基于比例諧振控制器的電壓模型； 步驟4:根據(jù)轉(zhuǎn)子角速度判斷是使用電流模型磁鏈還是電壓模型磁鏈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于比例諧振控制器的同步電機(jī)磁鏈觀測(cè)方法，其特征在于，所述步驟3包括如下子步驟: 步驟3.1:根據(jù)電壓、電阻和電流計(jì)算電動(dòng)勢(shì)； 步驟3.2:使用電流模型和轉(zhuǎn)子角速度計(jì)算出同步角速度； 步驟3.3:對(duì)電動(dòng)勢(shì)使用比例諧振控制器進(jìn)行同步角速度分量提??； 步驟3.4:根據(jù)坐標(biāo)變換計(jì)算出電壓模型磁鏈。
【文檔編號(hào)】H02P21/13GK103856137SQ201310434895
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】姜建國(guó), 王貴峰, 周金邢, 羅*, 徐亞軍, 喬樹(shù)通 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)