CN104143937A - 无速度传感器矢量控制*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无速度传感器矢量控制***，包括电机和对电机进行控制的控制装置，电机为由两台参数相同的三相异步电机A，B构成的电机组，异步电机A，B之间绕组并联连接，电机轴刚性连接，控制装置1以电机组整体为控制对象，包括变频器，矢量控制器，转速估算器，变频器与各个异步电机之间并联连接，转速估算器根据电机组的电流估算电机的转速，矢量控制器根据电机组的电流，解耦出电机组的励磁电流和转矩电流，通过变频器对电机组的励磁电流和转矩电流进行矢量控制，实现电机转速的控制。

Description

无速度传感器矢量控制***

技术领域

本发明应用于工业电气传动领域，涉及无速度传感器矢量控制***。

背景技术

异步电机的控制方式通常有三种，即，V/F控制、有速度传感器矢量控制和无速度传感器矢量控制。V/F控制方式是一种宏观控制，广泛用于对控制特性要求不高的领域。有速度传感器矢量控制由于能对转速和磁场两个分量独立的进行控制，控制特性优异，尤其是电机转速是通过码盘等传感器实测出来的，控制精度较高。无速度传感器矢量控制与上述两种控制方式不同，具有矢量控制精度高的特点外，由于电机转速是通过辨识方式估算出来的，省去了安装码盘的麻烦，提高了***的可靠性，降低了***的成本。但电机转速的辨识需要精确的电机参数，而电机参数很难精确测量，即使同型号同批生产的电机参数也存在微小差别，因此，无速度传感器矢量控制通常用于能够对电机参数进行识别的一拖一(一台控制器控制一台电机)***中。

在矿山、冶金等行业广泛使用由多台电机共同驱动负载(一拖多)的情况。此时，如果使用无速度传感器矢量控制方式对各个电机单独进行控制，尽管各个变频器输出的频率，电压相等，由于每一台变频器的速度环都是相互独立的，电机转速的估算偏差以及控制特性的不同将造成电机输出的失衡，以致在某一瞬间有一台在加速而另一台也可能在减速，出现“顶牛(一台电机处于电动状态，另一台电机处于发电状态)”等问题。现有技术中，“一拖多”的控制***只有对电机参数要求不高的V/F控制方式，受V/F控制方式的限制，其控制精度上不能满足要求。

本发明的目的在于提供一种结构简单，能同时控制多台电机的无速度传感器矢量控制***。

发明内容

本发明的技术方案是一种无速度传感器矢量控制***，包括电机和对电机进行控制的控制装置，其特征在于，所述电机为由两台或两台以上参数相同的异步电机构成的电机组，异步电机之间绕组并联连接，电机轴刚性连接，所述控制装置以电机组整体为控制对象，包括变频器，矢量控制器，转速估算器，变频器与各个异步电机之间并联连接，转速估算器根据电机组的电流估算电机的转速，矢量控制器根据电机组的电流，解耦出电机组的励磁电流和转矩电流，通过变频器对电机组的励磁电流和转矩电流进行矢量控制，实现电机转速的控制。

由于电机组中，各个异步电机之间绕组并联、电机轴刚性连接，电机的转速、同步速、电机转差率均相同，电机的负载分配将相同，即，各个电机处于相同的状态。并且矢量控制和转速估算不是以单个电机而是以电机组整体为对象，不会因电机之间参数上的差异，而造成电机不同步的现象出现。实现了用无速度传感器矢量控制***同时控制对个电机的目的。

附图说明

图1是本发明的无速度传感器矢量控制***的框图。

具体实施方式

在本实施方式中，如图1所示，电机1a为由两台电机A、B组成的电机组。电机A、B为参数相同的三相异步电机，各个电机之间绕组并联连接，电机轴刚性连接。考虑到电机参数的一致性优选同型号或同批生产的电机。

控制装置1采用无速度传感器矢量控制方式，以电机组整体为对象对电机进行集中控制和电机转速估算。即，将两台电机轴刚性连接，绕组并联连接的电机作为一台电机，用电机组的电流进行矢量控制和对电机转速的估算。由于两台电机A与B的电机轴刚性连接，两台电机的转速相同，如果按照现有技术，对各个电机同不同的控制装置分别进行矢量控制，两台电机之间电机参数上的差别，将导致各个控制装置在估算电机转速时出现不一致，这种不一致最终反映到电机转速中，使两台电机之间出现不同步的现象。

在本实施方式中，由于电机A与B之间绕组并联、电机轴刚性连接，控制装置1将电机A与B作为一台电机进行控制，因此两台电机A与B的转速、同步速、电机转差率均相同，电机的负载分配也相同，即，电机处于相同的状态。由于电机A与B为参数相同的电机，即使考虑电机之间参数上会有细微的差别，各个电机的电流、转矩电流、励磁电流也不会出现较大的差异。因此，以电机组的电流来估算电机的转速，与单台电机相比，也不会出现较大的误差。实际的使用也验证了以电机组整体为对象进行无速度传感器矢量控制，与一对一的对单个电机进行无速度传感器矢量控制相比，电机的启动以及控制特性没有显著的劣化，尤其是在高转速的区域，显示了良好的控制特性。为了提高电机的启动特性，可以在启动阶段，设置较短的启动时间，使电机迅速的进入高转速区域。

由于绕组并联、电机轴刚性连接的两台电机，本质上可看作为两个定子绕组并联的一台电机，电机组的等效电路与单台电机的等效电路相同，而等效电路中的电机参数可由两台电机A与B的等效电路并联后算出，因此能够按照与单台电机相同的方法，确定各项电机参数。如定子电阻Rs、定子电感Ls、转子电阻Rr、转子电感Lr、励磁电感均为单台电机的二分之一，空载励磁电流I0、定子电流Is、转子电流Ir则为单台电机的二倍，而转子时间常数Tr以及互感Lm基本与单台电机时相同。因此在设定参数时，如空载励磁电流I0按照单台电机的二倍设定，转子时间常数Tr以及互感Lm则按照单台电机的参数设定即可。

与单台电机相同，本实施方式中，电机参数也能够通过在线整定或离线整定的方式识别，此时，由于各个电机之间，电机电流、转矩电流、励磁电流的差异很小，不会有较大的误差出现，实际的使用也验证了这一点。具体的控制方法与单台电机的情况相同，即可利用现有的控制装置，对电机A和B进行控制。以下，以控制装置1为例对无速度传感器矢量控制的具体结构进行说明。

图1是控制装置的***框图，如图1所示，控制装置1由变频器1b，转矩电流/励磁电流计算器1c，转差率计算器1d，转速估算器1e，转速控制器1f，转速PI调节器1g，转矩控制电流计算器1h，励磁控制电流计算器1i，变频控制器1j构成。

转矩电流/励磁电流计算器1c根据电机(电机组)1a的驱动电流(ia1、ib1、ic1)通过坐标转换的方法求得(解耦)电机1a的转矩电流it1，励磁电流im1。

转差率计算器1d根据电机1a的转矩电流it1，励磁电流im1计算出电机1a的转差率ωs1。

转速估算器1e根据电机1a的驱动电流(ia1、ib1、ic1)及驱动电压(va1、vb1、vc1)通过估算的方式计算出电机1a的估算转速ω1。估算方法采用现有技术如利用电机的数学模型进行估算。

估算转速ω1反馈到转速控制器1f。转速控制器1f计算转速的目标值ωref与估算转速ω1之间的差值，该差值作为控制量经转速PI调节器1g比例积分(PI)运算后，由转矩电流控制计算器1h计算出转矩电流itref1。变频控制器1j根据电机1a的转差率ωs1和估算转速ω1计算电机1a的同步速x，对同步速x进行积分运算求得转子磁链位置θ，由转子磁链位置θ，对电机1a的转矩电流itref1和励磁电流imref1进行坐标转换产生控制信号对变频器1b进行控制，使电机1a的转速与目标值ωref保持一致。

以上，以闭环的方式对电机1a的转速进行控制，根据需要也可对电机1a的转矩电流和励磁电流实行闭环控制。此时，将实际的转矩电流it1，励磁电流im1反馈，由转矩电流itref1和励磁电流imref1与其的差值作为控制量输入变频控制器1j即可。以上简述了本发明所采用的无速度传感器失量控制技术，作为无速度传感器失量控制可采用与控制单台电机相同的任何现有技术，其详细说明可参考现有的文献，在此不再赘述。

由上可知，在本实施方式中，由于将两台电机A与B的绕组并联连接、电机轴刚性连接，对电机的矢量控制和转速估算均以电机组整体为对象进行，保证了各个电机的转速、同步速、电机转差率均相同，即，各个电机上的负载相同，两台电机处于相同的状态。保证了电机同步运行，实现了用无速度传感器矢量控制***同时控制多个电机的目的。与V/F控制方式相比，不仅提高了控制特性，由于省去了安装码盘的麻烦，提高了***的可靠性，降低了***的成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，只要在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，如电机(电机组)1a的驱动电流(ia1、ib1、ic1)即可直接检测获得，也可检测其中的两相，另一相通过计算得到。

Claims (5)

1.一种无速度传感器矢量控制***，包括电机和对电机进行控制的控制装置，其特征在于，所述电机为由两台或两台以上参数相同的异步电机构成的电机组，异步电机之间绕组并联连接，电机轴刚性连接，所述控制装置以电机组整体为控制对象，包括变频器，矢量控制器，转速估算器，变频器与各个异步电机之间并联连接，转速估算器根据电机组的电流估算电机的转速，矢量控制器根据电机组的电流，解耦出电机组的励磁电流和转矩电流，通过变频器对电机组的励磁电流和转矩电流进行矢量控制，实现电机转速的控制。

2.根据权利要求1记载的无速度传感器矢量控制***，其特征在于，所述矢量控制器和转速估算器在进行矢量控制和转速估算时的数学模型，采用与单个电机相同的数学模型。

3.根据权利要求2记载的无速度传感器矢量控制***，其特征在于，所述数学模型中的电机参数，空载励磁电流I0按照单个电机空载励磁电流的二倍设定，转子时间常数Tr、互感Lm分别按照单个电机的参数设定。

4.根据权利要求3记载的无速度传感器矢量控制***，其特征在于，所述电机参数以电机组为对象通过在线整定或离线整定的方式识别。

5.根据权利要求1至4中任一项记载的无速度传感器矢量控制***，其特征在于，所述矢量控制器的速度控制环中具有对目标转速与估算转速的差值进行比例积分处理的PI调节器。