基于預(yù)測方式的感應(yīng)電機電流控制方法及其電流控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種感應(yīng)電機的電流控制方法及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 感應(yīng)電機的矢量控制系統(tǒng)中，絕大多數(shù)都采用兩環(huán)控制形式，內(nèi)環(huán)是電流控制環(huán) (或者叫轉(zhuǎn)矩控制環(huán)），外環(huán)是速度控制環(huán)，其中最關(guān)鍵的控制模塊就是電流控制模塊（或 者叫轉(zhuǎn)矩控制模塊），電流控制模塊的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能直接決定了整個感應(yīng)電機驅(qū)動系統(tǒng) 的性能優(yōu)劣。目前電流控制模塊比較常見的是PID控制（比例積分微分控制）模式或者改 進后的PID控制模式，此模式技術(shù)成熟穩(wěn)定，應(yīng)用廣泛，但也存在以下問題和不足：
[0003] 1、PID方法參數(shù)調(diào)節(jié)過程比較復(fù)雜，需要具有一定經(jīng)驗的專業(yè)技術(shù)人員才能完 成；
[0004] 3、PID控制本質(zhì)上是滯后控制，決定了其動態(tài)響應(yīng)性能不佳，很容易產(chǎn)生超調(diào)或者 回調(diào)，并且其幅頻特性的截止頻率較低；
[0005] 2、即便是專業(yè)技術(shù)人員，調(diào)試出來的PID參數(shù)在某些場合也未必合適，有可能導(dǎo) 致電流震蕩或者失控，進而導(dǎo)致矢量控制系統(tǒng)的功率模塊報警甚至損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種感應(yīng)電機電流控制方法，其能夠獲得用 于對感應(yīng)電機的定子M軸電流和定子T軸電流進行控制的定子M軸電壓和定子T軸電壓， 且不會出現(xiàn)控制滯后的現(xiàn)象，簡單易行。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
[0008] 基于預(yù)測方式的感應(yīng)電機電流控制方法，包括以下步驟：
[0009] 接收定子M軸給定電流信號、定子M軸反饋電流信號、定子T軸給定電流信號以及 定子T軸反饋電流信號；
[0010] 將前一時刻的定子M軸給定電流UmGc-I)乘以魯棒性系數(shù)a再加上當(dāng)前 時刻的定子M軸反饋電流iml(k)乘以魯棒性系數(shù)0，得到中間結(jié)果A，即A=a*iml 時〇^-1) + 0*11111〇〇，其中，〇〈€1〈1，〇〈0〈1，并且，€[+0=1;
[0011] 將前一時刻的定子T軸給定電流itlMf(k-l)乘以魯棒性系數(shù)a再加上當(dāng)前 時刻的定子T軸反饋電流itl(k)乘以魯棒性系數(shù)0，得到中間結(jié)果B，即，B=a*itl ref(k-l) + |3 *itl(k)；
[0012] 根據(jù)感應(yīng)電機參數(shù)^'^和^以及實時接收的感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子角速度^^計 算系數(shù)C、D和E，系！
E= ?i(is--其中， &是感應(yīng)電機定子繞組電阻，R2是感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子繞組電阻，Ls是感應(yīng)電機定子繞組電感，L, 是感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子繞組電感，k是感應(yīng)電機繞組互感；
[0013] 將所述系數(shù)C乘以當(dāng)前時刻的定子M軸電流給定值iml,ef (k)，再加上所述系數(shù)D 乘以所述中間結(jié)果A，再減去所述系數(shù)E乘以所述中間結(jié)果B，得到當(dāng)前時刻的定子M軸電 壓uml(k);即uml(k) =CXimlref(k) + (DXA)-(EXB);
[0014]將所述系數(shù)C乘以當(dāng)前時刻的定子T軸電流給定值itl (k)，再加上所述系數(shù)D 乘以所述中間結(jié)果B，再加上所述系數(shù)E乘以所述中間結(jié)果A，得到當(dāng)前時刻的定子T軸電 壓utl (k)，即utl (k) =CXitl-ref (k) +(DXB) +(EXA)。
[0015] 本發(fā)明還提供了感應(yīng)電機的電流控制器，包括：
[0016] 電流信號接收單元，用于接收定子M軸給定電流信號、定子M軸反饋電流信號、定 子T軸給定電流信號以及定子T軸反饋電流信號；
[0017] 第一中間結(jié)果計算單元，用于將前一時刻的定子M軸給定電流UmQc-I)乘以魯 棒性系數(shù)a再加上當(dāng)前時刻的定子M軸反饋電流UG0乘以魯棒性系數(shù)0，得到中間結(jié) 果A，即A=a*iml-ref (k_l) + |3 *iml (k)，其中，0〈a〈1，〇〈 |3〈1，并且，a+|3 = 1 ;
[0018] 第二中間結(jié)果計算單元，用于將前一時刻的定子T軸給定電流itl_Mf (k-1)乘以魯 棒性系數(shù)a再加上當(dāng)前時刻的定子T軸反饋電流itl(k)乘以魯棒性系數(shù)0，得到中間結(jié) 果B，即，B=a*itl-re;f(k-l) + |3*itl(k);
[0019] 系數(shù)計算單元，用于根據(jù)感應(yīng)電機參數(shù)札、R2、Ls、L,和Lm以及實時接收的感應(yīng)電 機轉(zhuǎn)子角速度《i，計算系數(shù)C、D和E，系數(shù)C=|(A-，系數(shù)D= ，系數(shù) 匕丨....A E=叫隊-^);其中，&是感應(yīng)電機定子繞組電阻，R2是感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子繞組電阻，Ls是感 應(yīng)電機定子繞組電感，L是感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子繞組電感，1^是感應(yīng)電機繞組互感；
[0020] 定子M軸電壓確定單元，用于將所述系數(shù)C乘以當(dāng)前時刻的定子M軸電流給定值 (k)，再加上所述系數(shù)D乘以所述中間結(jié)果A，再減去所述系數(shù)E乘以所述中間結(jié)果B， 得到當(dāng)前時刻的定子M軸電壓uml(k);即uml(k) =CXiml_Mf(k) + (DXA)-(EXB);
[0021] 定子T軸電壓確定單元，用于將所述系數(shù)C乘以當(dāng)前時刻的定子T軸電流給定值 (k)，再加上所述系數(shù)D乘以所述中間結(jié)果B，再加上所述系數(shù)E乘以所述中間結(jié)果A， 得到當(dāng)前時刻的定子T軸電壓utl (k)，即utl(k) =CXitl_ref (k) + (DXB) + (EXA)。
[0022] 采樣上述技術(shù)方案后，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點：
[0023] 1、本發(fā)明的感應(yīng)電機電流控制方法不需要技術(shù)人員進行參數(shù)的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)起來更 加簡單。因為本發(fā)明的方法本身沒有比例積分微分（PID)這些參數(shù)，本發(fā)明的方法需要的 參數(shù)是感應(yīng)電機的定子電阻、定子電感和互感，這些參數(shù)可以通過變頻器的參數(shù)自學(xué)習(xí)功 能獲得的；
[0024] 2、本發(fā)明的電流控制方法不會有滯后現(xiàn)象，可以有效降低超調(diào)或者回調(diào)；
[0025] 3、本發(fā)明的電流控制方法不會產(chǎn)生電流震蕩或者失控現(xiàn)象。PID控制方法產(chǎn)生震 蕩甚至失控的根本原因在于它是一個滯后控制方法，本質(zhì)上總是滯后一個控制周期，而本 發(fā)明的電流控制方法沒有滯后現(xiàn)象，因而可以很好地解決電流震蕩。
【附圖說明】
[0026] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的電流控制器的原理示意圖。
[0027] 圖2示出了采用根據(jù)本發(fā)明一實施例的電流控制器的感應(yīng)電機的矢量控制原理 示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對發(fā)明做出進一步說明。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明一實施例的基于預(yù)測方式的感應(yīng)電機電流控制方法，包括以下步驟：
[0030] 步驟a、接收定子M軸給定電流信號、定子M軸反饋電流信號、定子T軸給定電流信 號以及定子T軸反饋電流信號。
[0031] 在一種具體的實施方式中，所述的定子M軸反饋電流信號和定子T軸反饋電流信 號通過以下方式獲得：通過變頻器電流傳感器測量獲得感應(yīng)電機定子的三相反饋電流Iu、 IV、IW，再經(jīng)過三相-二相坐標系變換（Clark變換）和靜止-旋轉(zhuǎn)坐標系變換（Park變換） 后，得到定子M軸反饋電流信號和定子T軸反饋電流信號。這也是感應(yīng)電機磁場定向矢量 控制的通常做法。
[0032] 步驟b、將前一時刻的定子M軸給定電流UmGc-I)乘以魯棒性系數(shù)a再加上 當(dāng)前時刻的定子M軸反饋電流iml(k)乘以魯棒性系數(shù)|3，得到中間結(jié)果A，即A=a*iml_ 1^(讓_1) + |3*;[1111(10，其中0〈€[〈1，0〈|3〈1，并且，（1+|3=1;優(yōu)選地，（1=0.4，|3=0.6，但 不局限于這兩個數(shù)值。在本實施例中，上述的前一時刻用k-1時刻表示，上述的當(dāng)前時刻用 k時刻表示，k時刻與k-1時刻之差即為電流環(huán)采樣控制周期。
[0033] 步驟c、將前一時刻的定子T軸給定電流itlMf (k-1)乘以魯棒性系數(shù)a再加上 當(dāng)前時刻的定子T軸反饋電流itl(k)乘以魯棒性系數(shù)|3，得到中間結(jié)果B，即，B=a*itl_ ref(k-l) + |3 *itl (k) 〇
[0034] 步驟d、根據(jù)感應(yīng)電機參數(shù)&、R2、Ls、LdPLm以及實時接收的感應(yīng)電機轉(zhuǎn) 子角速度《i，計算系數(shù)C、D和E，系數(shù)C=|(Ls -^)，系數(shù)D= ，系數(shù) E= 其中，&是感應(yīng)電機定子繞組電阻，R2是感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子繞組電阻，Ls是感 應(yīng)電機定子繞組電感，L是感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子繞組電感，1^是感應(yīng)電機繞組互感。
[0035] 在一具體的實施例中，上述的感應(yīng)電機參數(shù)札、R2、Ls、、和Lm是通過變頻器的電 機參數(shù)自學(xué)習(xí)功能獲得，上述的感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子角速度是通過速度傳感器（比如光電編 碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等等）檢測獲得。
[0036] 步驟e、將系數(shù)C乘以當(dāng)前時刻的定子M軸電流給定值iml (k)，再加上系數(shù)D 乘以中間結(jié)果A，再減去系數(shù)E乘以中間結(jié)果B，得到當(dāng)前時刻的定子M軸電壓uml(k);即 uml (k) =CXimlref (k) +(DXA) -(EXB)。
[0037] 步驟f、將系數(shù)C乘以當(dāng)前時刻的定子T軸電流給定值itl (k)，再加上系數(shù)D乘 以中間結(jié)果B，再加上系數(shù)E乘以中間結(jié)果A，得到當(dāng)前時刻的定子T軸電壓utl(k)，即utl(k) =CXitlref(k) + (DXB) + (EXA)。
[0038] 得到的當(dāng)前時刻的定子M軸電壓uml(k)和當(dāng)前時刻的定子T軸電壓utl(k)被輸入 到Clark逆變換模塊參與后面的運算，這個也是感應(yīng)電機磁場定向矢量控制的通常做法。
[0039] 上述的公式uml(k) =CXiml-ref(k) + (DXA)_(EXB)和utl(k) =CXitl- (k) +(DXB) +(EXA)是依據(jù)于以下的推導(dǎo)而獲得。
[0040] 公知的感應(yīng)電機的M-T軸電壓方程如下：
[0041]
公