專利名稱：一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的方法及控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域，尤其涉及利用空間矢量調(diào)制的一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的控制方法及裝置。
背景技術(shù)：
目前，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是交流傳動(dòng)中應(yīng)用最廣泛的電動(dòng)機(jī)，但是由于其復(fù)雜的控制特性，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的高性能控制是交流傳動(dòng)技術(shù)待解決的難題之一。20世紀(jì)70年代，德國(guó)工程師F. Blashke提出了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制原理，即通常所說(shuō)的矢量控制原理，使得交流調(diào)速技術(shù)了一次質(zhì)的飛躍。它從理論上基本解決了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制在靜、動(dòng)態(tài)特性上可以與直流電動(dòng)機(jī)相媲美這一問(wèn)題。矢量控制技術(shù)模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，采用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子磁鏈控制的解耦。但是，在實(shí)際控制中，轉(zhuǎn)子磁鏈不易直接測(cè)量又很難準(zhǔn)確觀測(cè)，而且矢量控制的控制特性受參數(shù)變化影響很大，同時(shí)模擬直流電動(dòng)機(jī)控制過(guò)程中要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換等復(fù)雜的運(yùn)算，使得矢量控制的實(shí)際效果很難達(dá)到理想分析的結(jié)果。德國(guó)魯爾大學(xué)M. Depenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制，為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的高性能控制開(kāi)辟了嶄新方向。它很大程度上解決了矢量控制算法復(fù)雜、控制性能易受電機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)變化影響等缺點(diǎn)，一經(jīng)提出就受到了廣泛關(guān)注，成為研究的熱點(diǎn)。與矢量控制相比， 直接轉(zhuǎn)矩控制主要的特點(diǎn)
1控制容易觀測(cè)的定子磁鏈并通過(guò)直接反饋控制轉(zhuǎn)矩；
2不需要旋轉(zhuǎn)變換；
3:通過(guò)滯環(huán)比較器和查尋空電壓矢量選擇表的方式直接生成逆變器開(kāi)關(guān)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。在兩相靜止坐標(biāo)(於)下以定、轉(zhuǎn)子磁鏈為狀態(tài)變量的感應(yīng)電機(jī)狀態(tài)方程
權(quán)利要求
1.一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的控制裝置，包括速度調(diào)節(jié)器PI、給定轉(zhuǎn)矩角控制器、空間矢量調(diào)制發(fā)生器SVM、逆變器，其特征在于還包括差值控制器、轉(zhuǎn)角磁鏈觀測(cè)器、電壓空間矢量估計(jì)器；所述差值控制器的第一輸入端與輸出給定轉(zhuǎn)矩T:電信號(hào)的速度調(diào)節(jié)器PI電連接的給定轉(zhuǎn)矩角控制器相連，差值控制器的第二輸入端與連接電機(jī)輸入端的兩個(gè)坐標(biāo)變換器電連接的轉(zhuǎn)角磁鏈觀測(cè)器的第一路輸出端相連；所述將給定轉(zhuǎn)矩角控制器轉(zhuǎn)換的給定轉(zhuǎn)矩角 < 電信號(hào)和轉(zhuǎn)角磁鏈觀測(cè)器轉(zhuǎn)換的反饋轉(zhuǎn)矩角&電信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)矩角差u 一電信號(hào)的差值控制器通過(guò)電壓空間矢量估計(jì)器、空間矢量調(diào)制發(fā)生器SVM與逆變器相連；所述電壓空間矢量估計(jì)器與輸出期望磁鏈?zhǔn)噶?< 的期望定子磁鏈控制器輸出端相連，電壓空間矢量估計(jì)器與轉(zhuǎn)角磁鏈觀測(cè)器的第二路輸出端相連，所述輸出電壓空間矢量‘的電壓空間矢量估計(jì)器通過(guò)電壓空間矢量調(diào)制發(fā)生器SVM、逆變器與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的控制裝置，其特征在于差值控制器就是利用給定轉(zhuǎn)矩角控制器輸出的給定轉(zhuǎn)矩角#和轉(zhuǎn)角磁鏈觀測(cè)器輸出的反饋轉(zhuǎn)矩角6相減從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩角差^^的一種控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的控制裝置，其特征在于轉(zhuǎn)角磁鏈觀測(cè)器就是利用由電壓電流坐標(biāo)變換器輸出的電壓、電流電信號(hào)通過(guò)磁鏈計(jì)算公式和轉(zhuǎn)角計(jì)算公式產(chǎn)生定子磁鏈?zhǔn)噶看?、定子電流矢?,、定子磁鏈?zhǔn)噶哭D(zhuǎn)角代信號(hào)的一種觀測(cè)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的控制裝置，其特征在于電壓空間矢量估計(jì)器就是利用給定定子磁鏈?zhǔn)噶糠地璣； I、定子磁鏈?zhǔn)噶客?、定子電流矢量^、定子磁鏈?zhǔn)噶哭D(zhuǎn)角代、轉(zhuǎn)矩角差的電信號(hào)，產(chǎn)生期望定子電壓空間矢量f電信號(hào)的一種估計(jì)器。
5.如權(quán)利要求1所述控制裝置的一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的方法，其特征在于 是將給定轉(zhuǎn)矩角,與反饋轉(zhuǎn)矩角&的電信號(hào)通過(guò)差值控制器經(jīng)電壓空間矢量估計(jì)器產(chǎn)生的期望電壓空間矢量< 至空間矢量調(diào)制發(fā)生器SVM發(fā)出電壓逆變器的開(kāi)關(guān)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)；其步驟如下1)、提取給定轉(zhuǎn)矩角4和定子磁鏈幅值IΨ I的電信號(hào)，定子磁鏈幅值II的電信號(hào)由期望定子磁鏈控制器設(shè)定2)、通過(guò)轉(zhuǎn)角磁鏈觀測(cè)器處理由電壓電流坐標(biāo)變換器輸出的定子電流和定子電壓的電信號(hào)，提取第一路反饋轉(zhuǎn)矩角a的電信號(hào)和第二路定子磁鏈?zhǔn)噶哭D(zhuǎn)角巧、定子磁鏈?zhǔn)噶亢投ㄗ与娏魇噶康碾娦盘?hào)；3)、通過(guò)差值控制器處理給定轉(zhuǎn)矩角#和反饋轉(zhuǎn)矩角一的電信號(hào)，提取轉(zhuǎn)矩角差的電信號(hào)；4)、通過(guò)電壓空間矢量估計(jì)器處理給定定子磁鏈?zhǔn)噶糠地璚I、定子磁鏈?zhǔn)噶浚?、定子電流矢量^、定子磁鏈?zhǔn)噶哭D(zhuǎn)角武、轉(zhuǎn)矩角差u一的電信號(hào)，產(chǎn)生期望定子電壓空間矢量的兩個(gè)分量甿Ot+ 的電信號(hào)；5)、通過(guò)空間矢量調(diào)制發(fā)生器SVM處理期望定子電壓空間矢量的電信號(hào)，產(chǎn)生電壓型逆變器的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)SA，SB, SC，通過(guò)電壓型逆變器驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的方法，其特征在于所述給定轉(zhuǎn)矩角的電信號(hào)是用電磁轉(zhuǎn)矩Tt與轉(zhuǎn)矩角&的近似線性關(guān)系，把速度調(diào)節(jié)器輸出的給定轉(zhuǎn)矩f通過(guò)給定轉(zhuǎn)矩角控制器變?yōu)榻o定轉(zhuǎn)矩角Z ；所述給定轉(zhuǎn)矩角4的電信號(hào)提取采用(1)在忽略定、轉(zhuǎn)子電磁慣性的條件下，定、轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠岛愣?，由電磁轉(zhuǎn)矩公式可近似得到 ； = -Pb ^ I ^ |x I I sin 5= - Sin Zr ■ 6·；2 Δ“(2)由給定轉(zhuǎn)矩T/可以得到給定轉(zhuǎn)矩角# </￡■。。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的方法，其特征在于所述轉(zhuǎn)矩角差由轉(zhuǎn)角磁鏈觀測(cè)器求出反饋轉(zhuǎn)矩角5，利用差值控制器求出期望定子磁鏈?zhǔn)噶縒與觀測(cè)定子磁鏈?zhǔn)噶縆的轉(zhuǎn)矩角差Δ5。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的方法，其特征在于所述反饋轉(zhuǎn)矩角5的電信號(hào)由轉(zhuǎn)角磁鏈觀測(cè)器計(jì)算出定子磁鏈代、定子磁鏈?zhǔn)噶哭D(zhuǎn)角4和反饋轉(zhuǎn)矩角5 ；(1)通過(guò)電壓電流測(cè)量電路從逆變器輸出端測(cè)量出定子相電流^、U、、和定子相電壓以W 、,再由 =‘ —(‘ +‘)/2、23/ = S-(Isi _‘)/2 禾口^u5a-(usi +^3；)/2 、 =S. ( - a J / 2計(jì)算出定子電流矢量和定子電壓矢量；(2)由轉(zhuǎn)角磁鏈觀測(cè)器計(jì)算出定子磁鏈?zhǔn)噶康膬蓚€(gè)分量釣β、VV和轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康膬蓚€(gè)分量科《、科聲；(3)由轉(zhuǎn)角計(jì)算公式代zarctanO^/^),Azarrtan( 計(jì)算出定子磁鏈?zhǔn)噶康霓D(zhuǎn)角^和轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康霓D(zhuǎn)角終；(4)由轉(zhuǎn)矩角計(jì)算公式￠= -代計(jì)算出反饋轉(zhuǎn)矩角β。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的方法，其特征在于所述期望電壓空間矢量< 是用轉(zhuǎn)矩角差、定子磁鏈?zhǔn)噶哭D(zhuǎn)角、期望定子磁鏈?zhǔn)噶糠?、觀測(cè)定子磁鏈?zhǔn)噶亢投ㄗ与娏魇噶?，通過(guò)電壓空間矢量估計(jì)器得到期望電壓空間矢量<。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的方法，其特征在于所述電壓型逆變器的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)SA，SB, SC，根據(jù)期望電壓空間矢量
全文摘要
本發(fā)明涉及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域，公開(kāi)一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的控制方法及裝置，所述方法是將給定轉(zhuǎn)矩角與反饋轉(zhuǎn)矩角的電信號(hào)通過(guò)差值控制器經(jīng)電壓空間矢量估計(jì)器產(chǎn)生的期望電壓空間矢量至空間矢量調(diào)制發(fā)生器SVM發(fā)出電壓逆變器的開(kāi)關(guān)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)；所述裝置由差值控制器的第一輸入端與給定轉(zhuǎn)矩角控制器相連，第二輸入端與轉(zhuǎn)角磁鏈觀測(cè)器的第一路輸出端相連；差值控制器通過(guò)電壓空間矢量估計(jì)器、空間矢量調(diào)制發(fā)生器SVM與逆變器相連；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制，省略了磁鏈和轉(zhuǎn)矩控制的兩個(gè)調(diào)節(jié)器，使得控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且降低了設(shè)計(jì)的難度，生產(chǎn)成本低。
文檔編號(hào)H02P21/14GK102364871SQ201110324288
公開(kāi)日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者丁海峰, 姬宣德, 辛伊波, 鄒輝 申請(qǐng)人:洛陽(yáng)理工學(xué)院