專利名稱：一種電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制方法，特別是涉及一種用來(lái)協(xié)調(diào)控制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流與轉(zhuǎn)速，分階段采用不同的決策，構(gòu)成整個(gè)起動(dòng)過程的控制策略，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)過程最優(yōu)控制效果的動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制方法。
背景技術(shù)：
電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流(5-7倍以上電機(jī)額定電流)對(duì)電網(wǎng)、電機(jī)及拖動(dòng)設(shè)備危害巨大，可造成繼電保護(hù)誤動(dòng)作、自動(dòng)控制失靈等故障。使用軟起動(dòng)裝置，可以避免電機(jī)直接起動(dòng)所造成的危害性及影響。從節(jié)能的角度，使用軟起動(dòng)裝置還有事半功倍的節(jié)能效果。目前國(guó)內(nèi)外的電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)一般常采用開環(huán)電壓斜坡控制方式、閉環(huán)電流限幅控制方式、分級(jí)變頻控制方式、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。電壓斜坡起動(dòng)方式簡(jiǎn)單，起動(dòng)效果容易受負(fù)載和電源變化的影響，控制效果不夠精確，需反復(fù)調(diào)試才能達(dá)到比較滿意的起動(dòng)效果。閉環(huán)電流限幅控制方式增加了閉環(huán)電流檢測(cè)環(huán)節(jié)，電流采樣不僅用來(lái)做晶閘管過電流保護(hù)，而且還可以參與電流的閉環(huán)調(diào)節(jié)，電流限幅起動(dòng)方式受負(fù)載和電源變化的影響較小，且穩(wěn)定性得到極大的提高，起動(dòng)效果比電壓斜坡起動(dòng)方式提高了。電流限幅起動(dòng)方式特別適合于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，通過設(shè)置電流上限，在電網(wǎng)容量有限的場(chǎng)合使電動(dòng)機(jī)以最小的起動(dòng)電流快速起動(dòng)。分級(jí)變頻控制方式是在電機(jī)起動(dòng)過程中，使電壓頻率從一個(gè)比較小的初始值逐級(jí)增大至工頻50Hz，從而提高低電壓時(shí)的轉(zhuǎn)矩。由于頻率的離散跳變，定子電流的瞬時(shí)值是不連續(xù)的，轉(zhuǎn)矩瞬時(shí)值也不連續(xù)，脈動(dòng)較大。在實(shí)際電機(jī)的運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)明顯的振動(dòng)，這是分級(jí)變頻控制方式最大的缺點(diǎn)。模糊控制及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制均屬于智能控制。模糊控制技術(shù)不依賴精確的數(shù)學(xué)模型，對(duì)參數(shù)變化不敏感，適應(yīng)性強(qiáng)，具有很好的魯棒性，在電機(jī)的軟起動(dòng)的控制方面取得了良好的控制效果。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)考慮電機(jī)和調(diào)壓裝置模型參數(shù)的變化及電機(jī)負(fù)載類型的多變性，動(dòng)態(tài)特性優(yōu)良，具有較好的適應(yīng)性和魯棒性。上述電機(jī)軟起動(dòng)控制方法的主要目的是降低電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，控制目標(biāo)單一，不考慮起動(dòng)時(shí)間及起動(dòng)轉(zhuǎn)速等因素。然而在起動(dòng)過程中，由于不考慮起動(dòng)時(shí)間，常會(huì)因?yàn)槠饎?dòng)時(shí)間過長(zhǎng),引起電機(jī)發(fā)熱,造成主回路中的熱繼電器動(dòng)作,起動(dòng)失敗。因此,對(duì)于電機(jī)軟起動(dòng)系統(tǒng)，采用非線性控制的方法實(shí)現(xiàn)時(shí)間最優(yōu)控制是一種很有價(jià)值的控制策略。針對(duì)以上存在的問題，一種電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃軟起動(dòng)控制方法是一個(gè)很好的解決辦法，該方法在電機(jī)起動(dòng)過程中的不同階段采用不同的決策，在起動(dòng)過程最長(zhǎng)的恒流升速階段采用時(shí)間最優(yōu)控制。不同階段的決策，構(gòu)成整個(gè)起動(dòng)過程的控制策略，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)電流與轉(zhuǎn)速的協(xié)調(diào)控制，既可以將起動(dòng)電流限幅，又可以將起動(dòng)時(shí)間降至最小，提高起動(dòng)的成功率。本申請(qǐng)者查閱了 2007年到2012年這5年公開的關(guān)于電機(jī)軟起動(dòng)的專利，共計(jì)458項(xiàng)目，這些專利均是關(guān)于軟起動(dòng)裝置、軟起動(dòng)控制電路、軟起動(dòng)與無(wú)功補(bǔ)償裝置等方面的內(nèi)容，未見涉及軟起動(dòng)控制方法的專利。電機(jī)軟起動(dòng)裝置在限制起動(dòng)電流、減小電網(wǎng)電壓波動(dòng)、進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償、節(jié)約能源、改善供電質(zhì)量等方面具有良好的應(yīng)用效果。由于電動(dòng)機(jī)是非線性、強(qiáng)耦合、時(shí)變系統(tǒng)，采用非線性控制方法對(duì)其進(jìn)行控制，優(yōu)化其控制效果具有重大的工程實(shí)踐意義。有鑒于此，有必要提供一種電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制方法，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制方法來(lái)控制電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)，使電機(jī)起動(dòng)電流限制在2倍額定電流的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速上升至額定轉(zhuǎn)速，起動(dòng)時(shí)間最短，減小電機(jī)發(fā)熱，提高軟起動(dòng)的成功率，并提高工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)效率。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制方法，其特征在于，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制方法，將電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流限制在2倍額定電流的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速上升至額定轉(zhuǎn)速，起動(dòng)時(shí)間最短，具體方法是
(1)根據(jù)電動(dòng)機(jī)理想起動(dòng)特性，將起動(dòng)過程劃分為三個(gè)階段，分別確立這三個(gè)階段對(duì)起動(dòng)電流、轉(zhuǎn)速的控制目標(biāo)；
(2)實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中的電流和轉(zhuǎn)速，根據(jù)起動(dòng)電流與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，決定三個(gè)階段分別要采取的決策；
(3)對(duì)起動(dòng)過程中最重要的恒流升速階段，采用滿足電動(dòng)機(jī)起動(dòng)狀態(tài)約束及起動(dòng)電流限制在2倍額定電流約束條件下的時(shí)間最短控制決策；
(4)三個(gè)階段的決策構(gòu)成整個(gè)起動(dòng)過程的控制策略，實(shí)現(xiàn)一種電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程最優(yōu)化。如上所述的電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制方法，其特征在于使用動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)電流和電機(jī)轉(zhuǎn)速的協(xié)調(diào)控制，在起動(dòng)過程的第一個(gè)階段采用比例控制，增強(qiáng)起動(dòng)的快速性；第二個(gè)階段采用最優(yōu)控制，實(shí)現(xiàn)滿足起動(dòng)約束條件下，起動(dòng)時(shí)間最短；第三個(gè)階段采用比例積分控制，消除控制系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差。如上所述的電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制方法，其特征在于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制策略所采用的控制器為DSP，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)狀態(tài)顯示與控制參數(shù)設(shè)置采用觸摸屏。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
(I)分別對(duì)起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)和協(xié)調(diào)控制，控制系統(tǒng)受電源和負(fù)載變化影響小，抗干擾能力強(qiáng)，控制精度高，控制效果好。(2)采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制方法，分階段來(lái)進(jìn)行控制，可滿足不同階段的起動(dòng)特性，達(dá)到理想控制效果。(3)在起動(dòng)的第二階段采用時(shí)間最優(yōu)控制，可減小電機(jī)發(fā)熱并提高工業(yè)企業(yè)的生
產(chǎn)效率。(4)整個(gè)控制方法簡(jiǎn)單，工作可靠性高，采用DPS作為控制器，人機(jī)交互界面采用觸摸屏，可直觀的觀測(cè)到起動(dòng)電流與電機(jī)轉(zhuǎn)速，并方便修改控制參數(shù)，可提高整個(gè)軟起動(dòng)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，減輕了操作人員的工作強(qiáng)度，免除了不必要的人力浪費(fèi)。


圖1是本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制方法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)理想起動(dòng)曲線。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣在本申請(qǐng)所列權(quán)利要求書限定范圍之內(nèi)。圖1中1.控制器(執(zhí)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制策略)；2.比例因子調(diào)節(jié)器；3.觸發(fā)電路；4.軟起動(dòng)裝置；5.電動(dòng)機(jī)；6.電流檢測(cè)裝置；7.轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置。圖2中曲線I為轉(zhuǎn)速曲線；曲線2為電流曲線。本發(fā)明提供一種電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制方法，為基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的控制方法，即針對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程具有明顯的時(shí)序性，將起動(dòng)過程劃分為三階段，每個(gè)階段采用不同的控制策略，動(dòng)態(tài)調(diào)整觸發(fā)電路的觸發(fā)角，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)過程的最優(yōu)化。在軟起動(dòng)過程中，通過檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流與轉(zhuǎn)速，根據(jù)電動(dòng)機(jī)理想起動(dòng)特性，協(xié)調(diào)控制起動(dòng)電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速、起動(dòng)時(shí)間三個(gè)量，在將起動(dòng)電流控制在2倍額定電流的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速上升至額定轉(zhuǎn)速，起動(dòng)時(shí)間最短。具體如下
(I)根據(jù)電動(dòng)機(jī)理想起動(dòng)特性，將起動(dòng)過程劃分為三個(gè)階段，分別確立這三個(gè)階段對(duì)起動(dòng)電流、轉(zhuǎn)速的控制目標(biāo)。( 2)實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中的電流和轉(zhuǎn)速，根據(jù)起動(dòng)電流與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，決定三個(gè)階段分別要采取的 決策。(3)在起動(dòng)開始的第一個(gè)階段，采用比例控制，增強(qiáng)起動(dòng)的快速性；第二個(gè)階段采用最優(yōu)控制，實(shí)現(xiàn)滿足起動(dòng)約束條件下，起動(dòng)時(shí)間最短；第三個(gè)階段采用比例積分控制，消除控制系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差。(4)對(duì)起動(dòng)過程中最重要的恒流升速階段，即第二個(gè)階段，采用滿足電動(dòng)機(jī)起動(dòng)狀態(tài)約束及起動(dòng)電流限制在2倍額定電流約束條件下的時(shí)間最短控制決策。(5)三個(gè)階段的決策構(gòu)成整個(gè)起動(dòng)過程的控制策略，實(shí)現(xiàn)一種電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程最優(yōu)化。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制策略所采用的控制器為DSP，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)狀態(tài)顯示與控制參數(shù)設(shè)置采用觸摸屏。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明
如圖1所示本發(fā)明采用了包括控制器1、比例因子調(diào)節(jié)器2、觸發(fā)電路3、軟起動(dòng)裝置4、電流檢測(cè)裝置6、轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置7組成的裝置，對(duì)電動(dòng)機(jī)5的起動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制方式。圖2為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)理想起動(dòng)曲線，曲線I為理想轉(zhuǎn)速曲線；曲線2為理想電流曲線。根據(jù)圖2所示的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)理想起動(dòng)曲線，可以發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程具有明顯的時(shí)序性特征，可根據(jù)起動(dòng)時(shí)間劃分為三個(gè)階段，第I起動(dòng)階段是電流上升階段，在這個(gè)階段當(dāng)電機(jī)電流大于負(fù)載電流后，電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)，電流快速上升至Zffl ;第II階段為恒流升速階段，電流保持在人，轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)，直至轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速/ 這個(gè)階段是起動(dòng)的主要階段，且時(shí)間最長(zhǎng)；第III階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段，轉(zhuǎn)速出現(xiàn)超調(diào)，電流下降，當(dāng)電流下降至負(fù)載電流時(shí)，轉(zhuǎn)速達(dá)到峰值，隨后電動(dòng)機(jī)在負(fù)載阻力作用下減速，直到穩(wěn)態(tài)。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的這三個(gè)階段，特征都非常明顯第一個(gè)階段，轉(zhuǎn)速很小，電流變化很快；第二個(gè)階段，電流維持在Zffl，轉(zhuǎn)速線性增長(zhǎng)；第三個(gè)階段，電流下降，轉(zhuǎn)速出現(xiàn)超調(diào)。根據(jù)這三個(gè)階段的特征，明確每個(gè)階段的控制目標(biāo)第一個(gè)階段對(duì)電流進(jìn)行控制，控制電流快速達(dá)到人；第二個(gè)階段將電流維持在人以及電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程作為約束條件，轉(zhuǎn)速由初始狀態(tài)上升至額定轉(zhuǎn)速作為初始與終端條件，尋求滿足目標(biāo)函數(shù)——起動(dòng)時(shí)間最短的控制策略；第三個(gè)階段電流下降，轉(zhuǎn)速有超調(diào)，控制轉(zhuǎn)速超調(diào)盡量小，轉(zhuǎn)速維持在額定轉(zhuǎn)速。明確各個(gè)階段的控制目標(biāo)后，為實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)，采用不同的控制決策第一個(gè)階段采用比例控制決策；第二個(gè)階段采用時(shí)間最優(yōu)控制決策；第三個(gè)階段采用比例積分控制決策。這三個(gè)階段的決策序列構(gòu)成整個(gè)起動(dòng)過程的控制策略，使使電機(jī)起動(dòng)電流限制在2倍額定電流的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速上升至額定轉(zhuǎn)速，起動(dòng)時(shí)間最短，減小電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，提高軟起動(dòng)的成功率，并提高工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)效率。本發(fā)明采用DPS作為控制器，人機(jī)交互界面采用觸摸屏，可直觀的觀測(cè)到起動(dòng)電流與電機(jī)轉(zhuǎn)速，并方便修改控制參數(shù)，可提高整個(gè)軟起動(dòng)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。本發(fā)明可以克服傳統(tǒng)軟起動(dòng)方式起動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)，容易造成起動(dòng)失敗的缺點(diǎn)，具有起動(dòng)時(shí)間短、起動(dòng)電流小、起動(dòng)曲線最優(yōu)等特點(diǎn)，適合于不同容量電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。本說(shuō)明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制方法，其特征在于，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制方法，將電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流限制在2倍額定電流的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速上升至額定轉(zhuǎn)速，起動(dòng)時(shí)間最短，具體方法是(1)根據(jù)電動(dòng)機(jī)理想起動(dòng)特性，將起動(dòng)過程劃分為三個(gè)階段，分別確立這三個(gè)階段對(duì)起動(dòng)電流、轉(zhuǎn)速的控制目標(biāo)；(2)實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中的電流和轉(zhuǎn)速，根據(jù)起動(dòng)電流與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，決定三個(gè)階段分別要采取的決策；(3)對(duì)起動(dòng)過程中最重要的恒流升速階段，采用滿足電動(dòng)機(jī)起動(dòng)狀態(tài)約束及起動(dòng)電流限制在2倍額定電流約束條件下的時(shí)間最短控制決策；(4)三個(gè)階段的決策構(gòu)成整個(gè)起動(dòng)過程的控制策略，實(shí)現(xiàn)一種電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程最優(yōu)化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制方法，其特征在于使用動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)電流和電機(jī)轉(zhuǎn)速的協(xié)調(diào)控制，在起動(dòng)過程的第一個(gè)階段采用比例控制，增強(qiáng)起動(dòng)的快速性；第二個(gè)階段采用最優(yōu)控制，實(shí)現(xiàn)滿足起動(dòng)約束條件下，起動(dòng)時(shí)間最短；第三個(gè)階段采用比例積分控制，消除控制系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制方法，其特征在于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制策略所采用的控制器為DSP，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)狀態(tài)顯示與控制參數(shù)設(shè)置采用觸摸屏。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制方法，為基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的控制方法，即針對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程具有明顯的時(shí)序性，將起動(dòng)過程劃分為三階段，每個(gè)階段采用不同的控制策略，動(dòng)態(tài)調(diào)整觸發(fā)電路的觸發(fā)角，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)過程的最優(yōu)化。在軟起動(dòng)過程中，通過檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流與轉(zhuǎn)速，根據(jù)電動(dòng)機(jī)理想起動(dòng)特性，協(xié)調(diào)控制起動(dòng)電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速、起動(dòng)時(shí)間三個(gè)量，在將起動(dòng)電流控制在2倍額定電流的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速上升至額定轉(zhuǎn)速，起動(dòng)時(shí)間最短。本發(fā)明可以克服傳統(tǒng)軟起動(dòng)方式起動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)，容易造成起動(dòng)失敗的缺點(diǎn)，具有起動(dòng)時(shí)間短、起動(dòng)電流小、起動(dòng)曲線最優(yōu)等特點(diǎn)，適合于不同容量電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。
文檔編號(hào)H02P1/26GK103051255SQ20121056960
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者常雨芳, 武明虎, 黃文聰, 袁佑新, 王粟, 陳靜 申請(qǐng)人:湖北工業(yè)大學(xué)