CN111146993B - 一种异步电机电压解耦补偿的矢量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异步电机电压解耦补偿的矢量控制方法，该方法建立在转子磁场准确定向的基础上，包括步骤：1)在转子磁场准确定向条件下，将d轴给定磁链与实际d轴磁链的差值作为定子磁链调节单元的输入，采用PI控制，输出d轴电流指令，对定子d轴磁链进行闭环控制；2)在转子磁场准确定向和d轴磁链进行闭环控制条件下，对定子电压进行解耦；3)将定子的给定频率与d轴给定磁链相乘，加上补偿后的定子电阻压降以及电压解耦结果，获取电压控制信号；4)利用电压控制信号经过由电压源逆变器馈电的SVPWM和逆变器控制电机变频调速运行。与现有技术相比，本发明具有提高矢量控制***的快速性、准确性和鲁棒性等优点。

Description

一种异步电机电压解耦补偿的矢量控制方法

技术领域

本发明涉及异步电机调速控制技术领域，尤其是涉及一种异步电机电压解耦补偿的矢量控制方法。

背景技术

转子磁场定向矢量控制可以将异步电机固有的非线性机械特性改造成与直流电机相似的线性机械特性，而且电流与磁链之间完全解耦，具备了达到直流电机调速控制优良性能的基本条件。因而转子磁场定向是异步电机矢量控制中最值得深入研究和完善的控制技术。

转子磁场定向矢量控制的现有技术都是以转子磁链的估算值作为反馈量，对转子磁链进行闭环跟踪控制，电流与磁链之间基本解耦，但是d轴、q轴电压与d轴、q轴电流以及转子磁链之间仍然存在严重交叉耦合，电压方程如下式：

其中：u_d、u_q、i_d、i_q分别d、q轴电压和电流，ω₁为定子角频率，L_S为定子电感，σ为漏磁系数，ψ_r为转子磁链。

由于受到转子电阻Rr和时间常数Tr随运行状态与温度不同而大幅度变化的影响，转子磁链ψ_r的估算很难准确，使得电压交叉解耦变得非常复杂和困难，严重影响变频调速矢量控制的性能。为此，现有技术采用各种非常复杂参数辨识算法，诸如模糊逻辑算法、神经网络算法、蚁群算法、遗传算法等等，对转子电阻Rr和时间常数Tr进行离线或在线辨识修正。这些算法还远不成熟，其显而易见的缺点是大大增加了控制***的复杂性，甚至有可能对控制***的稳定性，可靠性，快速性和准确性带来严重的负面效果。因此，如何对转子磁链ψ_r进行准确的估算，简化电压交叉耦合，仍然没有良好解决，成为制约高性能变频调速矢量控制技术的瓶颈之一。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种异步电机电压解耦补偿的矢量控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种异步电机电压解耦补偿的矢量控制方法，该方法建立在转子磁场准确定向的基础上，包括如下步骤：

S1、利用d-q同步旋转坐标下的电流信号，在转子磁场准确定向条件下，将d轴给定磁链与实际d轴磁链的差值作为定子磁链调节单元的输入，采用PI控制，输出d轴电流的给定值，对定子d轴磁链进行闭环控制。

S2、在转子磁场准确定向和定子d轴磁链进行闭环控制条件下，对定子电压进行解耦；

对定子电压解耦的具体内容为：

根据同步旋转坐标下的d轴电流、q轴电流，获取异步电机在转子磁场准确定向和定子d轴磁链进行闭环控制条件下的d轴电压解耦结果、q轴电压解耦结果，其表达式分别为：

d轴：V_d-dec＝-ω₁σL_si_q

q轴：

式中，ω₁为定子角频率，L_s为定子电感，i_q为d-q同步旋转坐标下的q轴电流信号，σ为电机的漏磁系数，其表达式为：

式中，L_r、L_m分别为电机转子电感和定转子互感。

S3、将定子角频率ω₁与d轴给定磁链

相乘，加上补偿后的定子电阻压降

R_si_q以及步骤S2的电压解耦结果，获取电压控制信号

S4、利用电压控制信号经过由电压源逆变器馈电的SVPWM和逆变器控制电机变频调速运行。

与现有技术相比，在转子磁场准确定向的条件下，本发明跳出现有技术对转子磁链进行闭环控制的模式局限，取而代之对定子d轴磁链进行闭环控制，完全避开了转子电阻Rr和时间常数Tr的不利影响，简捷地实现定子d轴磁链的准确计算和闭环控制，同时也极大地简化了电压的交叉解耦，从而大幅度提高了控制***的快速性和准确性。解决了转子磁场定向矢量控制中磁链估计不准确和电压交叉解耦复杂的技术难题。

附图说明

图1为本发明实施例中异步电机电压解耦补偿的矢量控制方法的应用流程示意图；

图2为本发明实施例中异步电机电压解耦补偿的矢量控制方法中定子磁链调节的原理示意图；

图3为本发明实施例中异步电机电压解耦补偿的矢量控制方法中定子电压解耦的原理示意图；

图4为定子电阻压降补偿示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

本发明涉及一种异步电机电压解耦补偿的矢量控制方法，该方法建立在转子磁场准确定向的基础上，主要包括：定子d轴磁链调节、定子电压解耦和定子电阻压降补偿，如图1所示，工作原理为：

在转子磁场准确定向的条件下，对定子d轴磁链进行闭环调节，控制励磁电流

由定子角频率ω₁和q轴电流信号i_q经电压解耦得到V_d-dec和V_q-dec。加上ω₁与d轴给定磁链

的乘积，再加上定子电阻压降补偿V_d-comp和V_q-comp后，形成电压控制信号

和

经过由电压源逆变器馈电的SVPWM和逆变器控制电机变频调速运行。坐标变换需要的空间位置角γ由ω₁积分得到。

具体包括以下步骤：

步骤一、获取异步电机三相定子电流和三相定子电压，进行d-q同步旋转坐标变换。

步骤二、在转子磁场准确定向条件下对定子d轴磁链进行闭环控制，为简化电压解耦创造有利条件，如图2所示。具体地：

将d轴给定磁链

与实际d轴磁链ψ_d＝L_si_d的差值作为定子磁链调节单元的输入，调节单元采用PI控制，其输出为d轴电流的给定值

对定子的励磁电流进行调节。

步骤三、在转子磁场准确定向和d轴磁链进行闭环控制条件下，得到电压解耦的计算式，如图3所示：

d轴：V_d-dec＝-ω₁σL_si_q

q轴：

其中，ω₁为定子角频率；L_s为定子电感；i_q为q轴电流信号；σ为电机的漏磁系数，其表达式为：

其中，L_r为电机转子电感，L_m为定转子互感。

步骤四、将定子角频率ω₁与d轴磁链给定值

相乘，加上补偿后的定子电阻压降

和V_q-comp＝R_si_q以及步骤三的电压解耦结果，形成电压控制信号

和

R_s为电机定子电阻。

步骤五、将步骤四的电压控制信号经过由电压源逆变器馈电的SVPWM和逆变器控制电机变频调速运行。

本发明方法在转子磁场准确定向的条件下对定子d轴磁链进行闭环控制，完全避开了转子电阻Rr和时间常数Tr的不利影响，简捷地实现了定子d轴磁链的准确计算和闭环控制，同时也极大地简化了电压的交叉解耦；本发明的磁链估算和电压解耦控制快捷准确，不受转子电阻和时间常数的不利影响，具有提高矢量控制***的快速性、准确性和鲁棒性等优点。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种异步电机电压解耦补偿的矢量控制方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

1)利用d-q同步旋转坐标下的电流信号，在转子磁场准确定向条件下，对定子d轴磁链进行闭环控制，输出d轴电流指令；

2)在转子磁场准确定向和定子d轴磁链进行闭环控制条件下，对定子电压进行解耦；

3)将定子角频率与d轴给定磁链

相乘，加上补偿后的定子电阻压降以及步骤2)的电压解耦结果，获取电压控制信号

和

4)利用电压控制信号经过由电压源逆变器馈电的SVPWM和逆变器控制电机变频调速运行；

步骤2)中对定子电压解耦的具体内容为：

根据同步旋转坐标下的d轴电流、q轴电流，获取异步电机在转子磁场准确定向和定子d轴磁链进行闭环控制条件下的d轴电压解耦结果V_d-dec、q轴电压解耦结果V_q-dec，其表达式分别为：

d轴：V_d-dec＝-ω₁σL_si_q

q轴：

式中，ω₁为定子角频率，L_s为定子电感，i_q为q轴电流信号，σ为电机的漏磁系数，其表达式为：

式中，L_r、L_m分别为电机转子电感、定转子互感；

电压控制信号具体为：

其中：R_s为定子电阻，

为d轴电流指令。

2.根据权利要求1所述的一种异步电机电压解耦补偿的矢量控制方法，其特征在于，步骤1)中，对定子d轴磁链进行闭环控制的具体内容为：

利用d-q同步旋转坐标下的电流信号，在转子磁场准确定向条件下对定子d轴磁链进行闭环控制，将d轴给定磁链

与实际磁链ψ_d＝L_si_d的差值作为定子磁链调节模块的输入，采用PI控制调节，输出d轴电流指令

其中，i_d为定子d轴电流。

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