CN107124128B - 一种基于iegt的双绕组大功率电机驱动***的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于IEGT的双绕组大功率电机驱动***的控制方法，包括以下步骤：转速环采用自抗扰控制，计算出双绕组T轴电流平均值的参考值；磁链环经P调节器计算出双绕组M轴电流平均值的参考值；双绕组六相电流经同步旋转坐标系下计算出各自的M轴和T轴电流，进而计算出两套绕组M轴和T轴电流各自的平均值和差值，两套绕组M轴和T轴电流的平均值和差值经PI调节器计算出参考电压矢量的幅值，经旋转坐标系得到参考电压矢量；采用九电平移相载波调制算法，得到双绕组电机所需的六相电压。双绕组MT轴电流环平均值和差值控制，避免了绕组参数不一致引起的电流不平衡问题，为双绕组电机控制提供一种新的思路。

Description

一种基于IEGT的双绕组大功率电机驱动***的控制方法
技术领域
本发明涉及大功率变频交流调速技术领域，特别涉及一种基于IEGT的双绕组大功率电机驱动***的控制方法。
背景技术
中压变频技术通过提高调速电机的电压等级来实现大功率传动，实现大功率的另一个途径是多相电机传动***。与传统三相电机***相比，多相电机在大功率高可靠性场合有突出的优势，使其更适合舰船电力推进、轨道交通、航空航天、风洞试验场等领域。像风洞试验等场合对试验段的风速有严苛的控制要求，要求风速调节范围宽，精度指标高，调节速度快，风洞流场控制***是通过变频器控制电动机转速，所以对变频器控制性能提出了更高的要求。
双绕组电机绕组之间参数的不一致会引起两套绕组电流的不平衡性，进而会导致一套绕组长期运行在高负荷情况，另一套绕组则工作在轻负荷情况，一方面限制了电机带载能力，另一方面影响着电机的使用寿命，无法满足高性能电机驱动***控制要求。
目前双绕组电机控制主要采用双d、q(或双M、T)轴电流独立控制，两套绕组的d轴(或T轴)电流分别跟踪转速环闭环调节输出，两套绕组的q轴(或M轴)电流分别跟踪共同的参考值，以达到双绕组电流平衡。理论上电机两套绕组在电气参数方面完全一致，实际上电机两套绕组存在一定差异性，以及两套绕组之间的感抗也存在一定的耦合，原本两套绕组互相独立的d(或q)轴电流控制调节器之间引入了耦合，引起实际中的双d、q轴电流独立控制的PI调节器参数整定带来一定的困难。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于IEGT的双绕组大功率电机驱动***的控制方法，能够解决大功率双绕组电机驱动***两套绕组电流不均衡问题，以及双绕组M、T轴电流独立控制时的PI调节器参数整定困难问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种基于IEGT的双绕组大功率电机驱动***的控制方法，包括以下步骤：
步骤一、由电流检测和转速检测得到两套绕组六相电流信息isa1、isb1、isc1、isa2、isb2、isc2、转速ωf和转子位置角λ，经磁链观测器得到磁链ψδ和磁链位置角θ信息；
步骤二、根据设定的转速值ωref和检测的反馈转速值ωf对转速环的自抗扰控制进行计算，得到双绕组T轴电流平均值的参考值isT_mean_ref；
步骤三、磁链环经P调节器计算出M轴电流平均值的参考值isM_mean_ref和经PI调节器计算出励磁电流参考值ifdref1，其中励磁电流参考值传至励磁***进行PI调节，输出励磁电压ufd；
步骤四、将T轴电流差值调节器和M轴电流差值调节器的参考值设为0；
步骤五、将电流检测得到的双绕组六相电流经同步旋转坐标系换算出两套绕组各自的M轴电流isM1、isM2和T轴电流isT1、isT2；
步骤六、计算出两套绕组M轴和T轴电流各自的平均值和差值：
T轴电流平均值计算为isT_mean＝(isT1+isT2)*0.5
M轴电流平均值计算为isM_mean＝(isM1+isM2)*0.5
T轴电流差值计算为isT_dif＝isT1-isT2
M轴电流差值计算为isM_dif＝isM1-isM2；
步骤七、将两套绕组T轴和M轴电流的平均值和差值作为反馈值，分别与步骤二、步骤三和步骤四给出的T轴电流和M轴电流平均值的参考值、T轴电流和M轴电流差值的参考值做差值运算，经4路PI调节器分别计算出两套绕组的T轴、M轴电流平均值经PI闭环调节输出值isT_mean_PIout、isM_mean_PIout和两套绕组的T轴、M轴电流差值经PI闭环调节输出值isT_dif_PIout、isM_dif_PIout；
步骤八、基于电压前馈的双绕组MT轴电流平均值控制和差值控制生成的M、T轴下的两套绕组参考电压矢量的幅值可表示为：
其中：uMdc1、uTdc1、uMdc2、uTdc2为两套绕组的M、T轴电压前馈量；
步骤九、经旋转坐标系逆变换得到六相参考电压矢量usa1、usb1、usc1、usa2、usb2、usc2，采用九电平移相载波调制算法，得到双绕组电机所需的六相电压。
所述的步骤二中的转速环采用自抗扰控制(ADRC)，使得双绕组电机转速控制具有无超调、抗扰能力强、可靠性高等特点，转速环自抗扰控制器中省略了传统自抗扰控制中的TD环节。
所述的步骤八中的两套绕组的MT轴电压前馈量uMdc1、uTdc1、uMdc2、uTdc2计算方法为：
式中rs为定子绕组电阻，Lsl为定子漏感，ω为转子角速度，ψ为气隙磁链。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提出的一种基于IEGT的双绕组大功率电机驱动***的控制方法，不同于双M、T轴电流环独立控制，引入了两套绕组的电流平均值控制和差值控制。首先，通过整定电流环差值PI调节器的参数，使得两套绕组之间的电流差值尽可能小，保证了两套绕组的一致性(或同步性)；再次，整定电流环平均值PI调节器的参数，使得两套绕组的平均电流对给定值的跟踪。
2、本发明提出的一种基于IEGT的双绕组大功率电机驱动***的控制方法，采用双绕组MT轴电流平均值和差值控制，对双绕组电流不平衡性进行直接抑制，可以避免两套绕组参数不一致带来的电流、电压不平衡的问题，为双绕组电机控制提供了一种新的思路。
3、本发明提出的一种基于IEGT的双绕组大功率电机驱动***的控制方法，在双绕组的M轴和T轴的参考电压的计算中分别引入电压前馈，抵消了电动势在M轴和T轴之间的相互耦合。
4、本发明提出的一种基于IEGT的双绕组大功率电机驱动***的控制方法，双绕组电机可以运行在全速、全载，全速、半载，半速、半载，超速、全载等模式，提高了***的可靠性。
附图说明
图1是本发明的***控制结构示意图；
图2是本发明的转速环自抗扰控制结构示意图；
图3是本发明的双绕组M轴电流平均值和差值控制结构示意图；
图4是本发明的双绕组T轴电流平均值和差值控制结构示意图。
其中：图3和图4中各部件的标记如下：
1、isT1、isT1—绕组1和绕组2对应的T轴电流；
2、isM1、isM2—绕组1和绕组2对应的M轴电流；
3、isT_mean_ref、isT_mean—两套绕组T轴电流平均值的参考值和计算值；
4、isM_mean_ref、isM_mean—两套绕组M轴电流平均值的参考值和计算值；
5、isT_dif—两套绕组T轴电流的差值；
6、isM_dif—两套绕组M轴电流的差值；
7、usM1_ref、usT1_ref—绕组1的M轴和T轴参考电压矢量的幅值；
8、usM2_ref、usT2_ref—绕组2的M轴和T轴参考电压矢量的幅值；
9、uMdc1、uTdc1—绕组1的M轴和T轴电压前馈值；
10、uMdc2、uTdc2—绕组2的M轴和T轴电压前馈值；
11、isT_mean_PIout—两套绕组的T轴电流平均值经PI闭环调节输出值；
12、isM_mean_PIout—两套绕组的M轴电流平均值经PI闭环调节输出值；
13、isT_dif_PIout—两套绕组的T轴电流差值经PI闭环调节输出值；
14、isM_dif_PIout—两套绕组的M轴电流差值经PI闭环调节输出值。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1-4所示，一种基于IEGT的双绕组大功率电机驱动***的控制方法，包括以下步骤：
步骤一、由电流检测和转速检测得到两套绕组六相电流信息isa1、isb1、isc1、isa2、isb2、isc2、转速ωf和转子位置角λ，经磁链观测器得到磁链ψδ和磁链位置角θ信息；
步骤二、根据设定的转速值ωref和检测的反馈转速值ωf对转速环的自抗扰控制进行计算，得到双绕组T轴电流平均值的参考值isT_mean_ref；
步骤三、磁链环经P调节器计算出M轴电流平均值的参考值isM_mean_ref和经PI调节器计算出励磁电流参考值ifdref1，其中励磁电流参考值传至励磁***进行PI调节，输出励磁电压ufd；
步骤四、将T轴电流差值调节器和M轴电流差值调节器的参考值设为0；
步骤五、将电流检测得到的双绕组六相电流经同步旋转坐标系换算出两套绕组各自的M轴电流isM1、isM2和T轴电流isT1、isT2；
步骤六、计算出两套绕组M轴和T轴电流各自的平均值和差值：
T轴电流平均值计算为isT_mean＝(isT1+isT2)*0.5
M轴电流平均值计算为isM_mean＝(isM1+isM2)*0.5
T轴电流差值计算为isT_dif＝isT1-isT2
M轴电流差值计算为isM_dif＝isM1-isM2；
步骤七、将两套绕组T轴和M轴电流的平均值和差值作为反馈值，分别与步骤二、步骤三和步骤四给出的T轴电流和M轴电流平均值的参考值、T轴电流和M轴电流差值的参考值做差值运算，经4路PI调节器分别计算出两套绕组的T轴、M轴电流平均值经PI闭环调节输出值isT_mean_PIout、isM_mean_PIout和两套绕组的T轴、M轴电流差值经PI闭环调节输出值isT_dif_PIout、isM_dif_PIout；
步骤八、基于电压前馈的双绕组MT轴电流平均值控制和差值控制生成的M、T轴下的两套绕组参考电压矢量的幅值；
步骤九、经旋转坐标系逆变换得到六相参考电压矢量usa1、usb1、usc1、usa2、usb2、usc2，采用九电平移相载波调制算法，得到双绕组电机所需的六相电压。
如图2所示，所述的步骤二中的转速环采用自抗扰控制(ADRC)，使得双绕组电机转速控制具有无超调、抗扰能力强、可靠性高等特点，转速环自抗扰控制器中省略了传统自抗扰控制中的TD环节。
所述的步骤八中的两套绕组参考电压矢量的幅值的具体计算方法为：
在气隙磁场定向理论得到双绕组电机在MT轴旋转坐标系下的电压方程如式(1)所示：
式中rs为定子绕组电阻，Lsl为定子漏感，ω为转子角速度，ψ为气隙磁链。
在双绕组电流环中的M轴和T轴的给定电压上分别引入电压前馈，抵消了电动势在M轴和T轴之间的相互耦合，图3和图4中的电压前馈量uMdc1、uTdc1、uMdc2、uTdc2，如式(2)所示：
将公式(2)和公式(3)一同代入公式(1)，公式(1)可以整理为：
基于公式(4)可以得到基于电压前馈的双M、T轴电流环独立控制，即：
式中：
1、usM1_ref、usT1_ref—绕组1的M轴和T轴参考电压矢量的幅值；
2、usM2_ref、usT2_ref—绕组2的M轴和T轴参考电压矢量的幅值；
3、isM1_PIout、isT1_PIout—绕组1的M轴和T轴电流环PI调节器输出；
4、isM2_PIout、isT2_PIout—绕组2的M轴和T轴电流环PI调节器输出。
不同于双M、T轴电流环独立控制，本发明的基于IEGT的双绕组大功率电机驱动***的控制方法，引入了两套绕组的电流平均值控制和差值控制。首先，通过整定电流环差值PI调节器的参数，使得两套绕组之间的电流差值尽可能小，保证了两套绕组的一致性(或同步性)；再次，整定电流环平均值PI调节器的参数，使得两套绕组的平均电流对给定值的跟踪。
如公式(6)，及参照图3和图4所示，基于电压前馈的双绕组MT轴电流平均值控制和差值控制生成的M、T轴下的两套绕组参考电压矢量的幅值可表示为：
在本发明中，采用双绕组MT轴电流平均值和差值控制，对双绕组电流不平衡性进行直接抑制，可以避免两套绕组参数不一致带来的电流、电压不平衡的问题，为双绕组电机控制提供了一种新的思路。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (2)

1.一种基于IEGT的双绕组大功率电机驱动***的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、由电流检测和转速检测得到两套绕组六相电流信息isa1、isb1、isc1、isa2、isb2、isc2、转速ωf和转子位置角λ，经磁链观测器得到磁链ψδ和磁链位置角θ信息；
步骤二、根据设定的转速值ωref和检测的反馈转速值ωf对转速环进行自抗扰控制，得到双绕组T轴电流平均值的参考值isT_mean_ref；
步骤三、磁链环经P调节器计算出M轴电流平均值的参考值isM_mean_ref和经PI调节器计算出励磁电流参考值ifdref1，其中励磁电流参考值传至励磁***进行PI调节，输出励磁电压ufd；
步骤四、将T轴电流差值调节器和M轴电流差值调节器的参考值设为0；
步骤五、将电流检测得到的双绕组六相电流经同步旋转坐标系换算出两套绕组各自的M轴电流isM1、isM2和T轴电流isT1、isT2；
步骤六、计算出两套绕组M轴和T轴电流各自的平均值和差值：
T轴电流平均值计算为isT_mean＝(isT1+isT2)*0.5
M轴电流平均值计算为isM_mean＝(isM1+isM2)*0.5
T轴电流差值计算为isT_dif＝isT1-isT2
M轴电流差值计算为isM_dif＝isM1-isM2；
步骤七、将两套绕组T轴和M轴电流的平均值和差值作为反馈值，分别与步骤二、步骤三和步骤四给出的T轴电流和M轴电流平均值的参考值、T轴电流和M轴电流差值的参考值做差值运算，经4路PI调节器分别计算出两套绕组的T轴、M轴电流平均值经PI闭环调节输出值isT_mean_PIout、isM_mean_PIout和两套绕组的T轴、M轴电流差值经PI闭环调节输出值isT_dif_PIout、isM_dif_PIout；
步骤八、基于电压前馈的双绕组MT轴电流平均值控制和差值控制生成的M、T轴下的两套绕组参考电压矢量的幅值表示为：
其中：uMdc1、uTdc1、uMdc2、uTdc2为两套绕组的M、T轴电压前馈量；在双绕组电流环中的M轴和T轴的给定电压上分别引入电压前馈，抵消了电动势在M轴和T轴之间的相互耦合，两套绕组的MT轴电压前馈量uMdc1、uTdc1、uMdc2、uTdc2计算方法为：
式中Lsl为定子漏感，ω为转子角速度，Ψ为气隙磁链；
步骤九、经旋转坐标系逆变换得到六相参考电压矢量usa1、usb1、usc1、usa2、usb2、usc2，采用九电平移相载波调制算法，得到双绕组电机所需的六相电压。
2.根据权利要求1所述的一种基于IEGT的双绕组大功率电机驱动***的控制方法，其特征在于，所述的步骤二中的转速环采用自抗扰控制ADRC，使得双绕组电机转速控制具有无超调、抗扰能力强、可靠性高特点，转速环自抗扰控制器中省略了传统自抗扰控制中的TD环节。
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