CN116232150A - 异步电机恒定磁链反馈电压闭环控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异步电机恒定磁链反馈电压闭环控制方法,属于异步电机控制技术领域。本方法采集电机电频率,积分计算出电角度,利用mod计算模块形成正弦波,将三相电流变换到静止直角坐标系,根据电流矢量关系求取定子相电流,计算相电压在定子绕组上的压降,并与给定磁链产生的反电势共同作用,形成控制闭环以推导适合电机当前状态下的电压矢量。本方法添加低通滤波器降低高频谐波的振幅响应,提升给定信号的准确性,以实现电机在恒定磁链控制下的快速响应,无需添加任何硬件设备,能耗低,实现简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据磁链反馈进行电压幅值闭环控制的异步电机恒定磁链反馈电压闭环控制方法,属于三相感应异步电机控制技术领域。
背景技术
电能以其运输速度快、消耗无污染、转化效率高、使用方便等优点广泛应用于工业领域的生产制造。在自动化领域,应用最广泛的异步电机作为电能与机械能相互转化的载体,其本体设计的优劣以及控制技术是否先进一定程度上限制着我国的经济发展。
现阶段,异步电机常用的矢量控制需要传感器检测电机转子速度信息,以及由电磁参数计算出的转差求取定子电角度,从而形成反馈。但速度传感器的使用不可避免的会带来一些新的问题。在电机本体设计之初,通常没有给速度传感器预留位置,因此在某些特殊场合,如船舱、矿洞等,空间狭小,安装速度传感器难以实现。同时,在这些高温、高湿度条件下,速度传感器的精度会受到影响,使用寿命也会有所下降。在一些使用场景中,电机的工作转速超过万转每分,对于动、静平衡的要求非常高,而速度传感器通常安装在电机端部,容易引起轴系的抖动,严重时,甚至会影响到***固有频率,引发共振,从而毁坏电机。
采用无速度控制技术,对电机电磁参数进行计算间接获取电机转子速度信息,节约了采购、维护成本。目前适用于异步电机的无速度传感器控制技术种类繁多,原理各不相同,针对的使用场景包括低转速区域,中高转速区域。但仍没有一种方法能对电机整个转速域进行精准计算,且该控制技术的实现需要电机实时的电磁参数,运算复杂。在变频器需要维护或更换时,往往需要对电机参数进行整定,然而对于如矿车、提升机等使用场景,无法满足脱开负载的先决条件,这种情况下,异步电机采用矢量闭环控制难以保证控制精度。
发明内容
针对上述现有技术的不足,本发明提出了异步电机恒定磁链反馈电压闭环控制方法,该方法无需添加任何硬件设备,利用磁链反馈适合电机当前状态下的给定电压矢量,形成闭环控制,具有能耗低,通用性强,实现简单等优点。
为达到上述目的,本发明采取的技术方案是:
异步电机恒定磁链反馈电压闭环控制方法,通过以下步骤和原理实现:
S1,采集电机电流角频率,对其进行积分得到电机电角度,选取mod算法以2π为除数获取三相相位相差120°的正弦波,转换到静止坐标系;
S2,根据给定磁链及电机电角频率计算出电机在当前状态下定子绕组中存在的反电势;
S3,根据电机电流的矢量关系,将三相电流变换到静止的α、β轴坐标系,采用欧姆法求解当前坐标系下的定子阻抗压降;
S4,建立异步电机数学模型,根据电压分配到反电势的压降,形成磁链闭环以选取适合电机当前状态下的电压矢量;
S5,将滤波之后的给定电压矢量作为α轴、β轴电压矢量的幅值,输出到调制模块。
进一步的,所述S1中,电机电角度为:
为了使电机产生旋转的电压矢量,电机三相电压的相位为:
电机初始三相电压矢量为:
利用坐标变换矩阵将三相电压矢量转移静止坐标系:
进一步的,所述S2中,为保证***的运行稳定性,电机磁链的给定为斜坡函数,通过设置合理的上、下限以避免电机出现磁链过饱和状态:
电机磁链切割定子绕组产生的反电势为:
进一步的,所述S3中,为了获取定子相电流,对其进行坐标变换:
根据静止坐标系下电流的矢量关系获取电机相电流值:
根据欧姆法计算电机阻抗压降:
进一步的,所述S4中,因为稳态条件下电机磁链对于时间的微分为零,因此根据异步电机数学模型,计算电机给定相电压幅值:
进一步的,所述S5中,将电压幅值赋予静止坐标系α、β轴正弦波,输出到空间矢量脉冲宽度调制模块参与调制,以实现***在恒定磁链下的快速响应:
求取的电压矢量中还包含了高频的谐波成分,直接参与调制必将增大***的运算量,影响电机控制精度,选用低通滤波器进行优化,一阶***频率响应的稳态方程为:
对方程进行求解后:
滤波器拉普拉斯变换式为:
其中,Z(s)为低通滤波器传递函数,s为复数域,a为滤波系数。
信号经滤波器传递函数后的振幅响应为:
与现有技术相比,本发明的优势在于:根据mod算法获取三个相位相差120°的正弦波,赋予磁链反馈计算出给定的电压矢量幅值,形成闭环控制,同时避免电机出现磁链过饱和状态,***能耗低。该方法运算量小,无需添加任何硬件设备,不需要除定子绕组外其他电机参数,维护成本低,实现简单。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:
图1为本发明提供的异步电机恒定磁链控制方法框图;
图2为本发明提供的异步电机控制***的结构框图;
图3为本发明提供的未使用恒定磁链控制时的三相电流仿真结果波形图;
图4为本发明提供的使用本发明恒定磁链控制时的三相电流仿真结果波形图;
图5 为本发明提供的未使用恒定磁链控制时的磁链仿真结果波形图;
图6为本发明提供的使用本发明恒定磁链控制时的磁链仿真结果波形图;
图7为本发明提供的未使用恒定磁链控制时的转速电压结果波形图;
图8为本发明提供的使用本发明恒定磁链控制时的电压仿真结果波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式作进一步详细的说明。应当指出,在不脱离本发明原理的前提下只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
具体实施步骤如下:
异步电机恒定磁链反馈电压闭环控制方法,包括以下步骤:
步骤1:根据电流频率计算电机电角度:
根据mod算法构建相位相差120°的三相正弦波,其运算实例为:
为了提供旋转的电压矢量,电机三相电压的相位为:
电机初始三相电压矢量为:
利用坐标变换矩阵将三相电压矢量转移静止坐标系:
步骤2:为保证***的运行稳定性,给定电机磁链的为斜坡函数,通过设置合理的上、下限以避免电机出现磁链过饱和状态,斜坡函数为:
电机磁链切割定子绕组产生的反电势为:
步骤3:采样电机三相电流,变换到静止坐标变换α、β轴,变换矩阵为:
根据静止坐标系下电流的矢量关系获取电机相电流值:
根据欧姆法计算电机阻抗压降:
步骤4,稳态条件下电机磁链对于时间的微分为零,剩余相电压全部分配到反电势,因此根据异步电机数学模型,计算出电机给定相电压幅值:
步骤5,将电压幅值赋予静止坐标系α、β轴正弦波,输出到空间矢量脉冲宽度调制模块参与调制,控制开关器件,以实现***在恒定磁链下的快速响应:
求取的电压矢量中还包含了高频的谐波成分,直接参与调制必将增大***的运算量,影响电机控制精度,选用低通滤波器进行优化,一阶***频率响应的稳态方程为:
对方程进行求解后:
滤波器拉普拉斯变换式为:
其中,Z(s)为低通滤波器传递函数,s为复数域,a为滤波系数。
信号经滤波器传递函数后的振幅响应为:
图1所示为本发明提供的异步电机恒定磁链反馈电压闭环控制的方法框图:通过给定磁链切割定子绕组产生的反电势以及电压在定子绕组上的压降,计算出适合电机当前状态下的电压幅值,赋予mod计算模块产生的正弦波,经过滤波以后作为静止坐标系电压参与调制。
图2为本发明提供的异步电机控制***的结构框图,***根据电流频率计算电角度,通过mod计算模块产生正弦波,其幅值由给定磁链引起的反电势和电压在定子绕组上的压降共同作用,影响电定子压降的电流则由静止直角坐标系根据矢量关系求取。
图3为本发明提供的未使用恒定磁链反馈电压闭环控制方法时的电流仿真结果波形图,图4为本发明提供的使用本发明恒定磁链反馈电压闭环控制方法的电流仿真结果波形图。结合图3、图4看出未采用本发明控制方法时的电流幅值较高,且不平衡度较高,采用本发明控制方法以后,电流利用率提高,幅值平稳。
图5为本发明提供的未使用恒定磁链反馈电压闭环控制方法时的磁链仿真结果波形图,图6为本发明提供的使用本发明恒定磁链反馈电压闭环控制方法的磁链仿真结果波形图。结合图5、图6看出未采用本发明控制方法时电机磁链幅值接近1.2Wb,处于过饱和状态,采用本发明控制方法后,电机磁链幅值处在合理范围,有效降低了能耗。
图7为本发明提供的未使用恒定磁链反馈电压闭环控制方法的三相电压仿真结果波形图,图8为本发明提供的使用本发明恒定磁链反馈电压闭环控制方法的三相电压仿真结果波形图。结合图7、图8看出未采用本发明控制方法时的电压幅值偏高,采用本发明控制方法后,电压幅值得到有效降低。
虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述,但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内,本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (6)
1.异步电机恒定磁链反馈电压闭环控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,采集电机电流角频率,对其进行积分得到电机电角度,选取mod算法以2π为除数获取三相相位相差120°的正弦波,转换到静止坐标系;
S2,根据给定磁链及电机电角频率计算出电机在当前状态下定子绕组中存在的反电势;
S3,根据电机电流的矢量关系,将三相电流变换到静止的α、β轴坐标系,采用欧姆法求解当前坐标系下的定子阻抗压降;
S4,建立异步电机数学模型,根据电压分配到反电势的压降,形成磁链闭环以选取适合当前状态下的电压矢量;
S5,将滤波之后的给定电压作为α轴、β轴电压矢量的幅值,输出到调制模块。
2.根据权利要求1所述的异步电机恒定磁链反馈电压闭环控制方法,其特征在于,所述S1中电机电角度的计算为:
使电机产生旋转的电压矢量,利用mod算法计算电机三相电压的相位:
电机初始三相电压矢量为:
利用坐标变换矩阵将三相电压矢量转移静止坐标系:
6.根据权利要求1所述的异步电机恒定磁链反馈电压闭环控制方法,其特征在于,所述S5中,电压幅值将赋予静止坐标系α、β轴正弦波,输出到空间矢量脉冲宽度调制模块参与调制,以实现***在恒定磁链下的快速响应:
求取的电压矢量中还包含了高频的谐波成分,直接参与调制必将增大***的运算量,影响电机控制精度,选用低通滤波器进行优化,一阶***频率响应的稳态方程为:
对方程进行求解后:
滤波器拉普拉斯变换式为:
其中,Z(s)为低通滤波器传递函数,s为复数域,a为滤波系数;
信号经滤波器传递函数后的振幅响应为:
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102025313A (zh) * | 2011-01-12 | 2011-04-20 | 湘潭电机股份有限公司 | 基于反电势前馈控制的矢量控制方法 |
EP3171508A1 (en) * | 2015-11-19 | 2017-05-24 | ENEL-PC Spólka z orgraniczona odpowiedzialnoscia | Method for the scalar control of an induction motor, particularly at low speed operation, and scalar control system for an induction motor |
CN106849812A (zh) * | 2017-02-28 | 2017-06-13 | 湘潭电机股份有限公司 | 一种基于磁链补偿的异步电机控制方法 |
CN108809183A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-11-13 | 常熟开关制造有限公司(原常熟开关厂) | 一种电机控制方法及控制装置 |
CN115189611A (zh) * | 2022-08-01 | 2022-10-14 | 南京航空航天大学 | 一种单相无刷直流电机的控制电路及控制方法 |
CN116073726A (zh) * | 2023-03-06 | 2023-05-05 | 成都希望电子研究所有限公司 | 一种无需磁场定向的异步电机恒磁链闭环节能控制算法 |
-
2023
- 2023-05-08 CN CN202310507068.8A patent/CN116232150A/zh not_active Withdrawn
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102025313A (zh) * | 2011-01-12 | 2011-04-20 | 湘潭电机股份有限公司 | 基于反电势前馈控制的矢量控制方法 |
EP3171508A1 (en) * | 2015-11-19 | 2017-05-24 | ENEL-PC Spólka z orgraniczona odpowiedzialnoscia | Method for the scalar control of an induction motor, particularly at low speed operation, and scalar control system for an induction motor |
CN106849812A (zh) * | 2017-02-28 | 2017-06-13 | 湘潭电机股份有限公司 | 一种基于磁链补偿的异步电机控制方法 |
CN108809183A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-11-13 | 常熟开关制造有限公司(原常熟开关厂) | 一种电机控制方法及控制装置 |
CN115189611A (zh) * | 2022-08-01 | 2022-10-14 | 南京航空航天大学 | 一种单相无刷直流电机的控制电路及控制方法 |
CN116073726A (zh) * | 2023-03-06 | 2023-05-05 | 成都希望电子研究所有限公司 | 一种无需磁场定向的异步电机恒磁链闭环节能控制算法 |
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