一種多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制方法，步驟包括：獲取轉(zhuǎn)矩電流的給定值、獲取勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流反饋值、轉(zhuǎn)矩電流給定值的傳輸、獲取各電機(jī)的電流控制量、脈沖控制信號對各電機(jī)進(jìn)行控制等步驟；所述變頻器為主從變頻器，包括主變頻器和從變頻器，主變頻器是主電機(jī)變頻器，從變頻器是從電機(jī)變頻器；所述主從控制是變頻器之間進(jìn)行的控制。本發(fā)明方法通過對變頻器控制單元的協(xié)調(diào)控制，使多臺電機(jī)工作在同步狀態(tài)；在算法中采用共用的轉(zhuǎn)速環(huán)產(chǎn)生每個變頻器跟蹤轉(zhuǎn)矩電流，該值通過CAN總線的方式進(jìn)行通訊傳輸，可減小延時，提高了系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性能和可靠性能；本發(fā)明方法既保證多臺電機(jī)轉(zhuǎn)速相同，又保證負(fù)荷在多個電機(jī)之間合理分配。
【專利說明】—種多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制方法，屬于電機(jī)控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別適用于交流電機(jī)傳動場合，包括船舶推進(jìn)、軌道交通等多電機(jī)傳動場合。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著多電機(jī)傳動的廣泛應(yīng)用，多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制成為工業(yè)生產(chǎn)控制中備受關(guān)注的問題。由于生產(chǎn)的需要，一般情況下控制驅(qū)動軸的各電機(jī)之間相互獨(dú)立，而生產(chǎn)工藝的效率與產(chǎn)品質(zhì)量與驅(qū)動電機(jī)的控制性能密切相關(guān)，對變頻器的并聯(lián)協(xié)調(diào)控制提出了更高的要求。利用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)多電機(jī)并聯(lián)的傳動系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展出幾種不同的同步控制策略，主要包括統(tǒng)一給定控制、主從控制、虛擬總軸控制和交叉耦合控制等。目前，在國內(nèi)多電機(jī)傳動控制的專利很少，主要以外圍PLC對控制流程的介紹為主，介紹多電機(jī)傳動的文獻(xiàn)也以傳統(tǒng)的主從控制等方法居多。現(xiàn)有技術(shù)的主、從電機(jī)的同步協(xié)調(diào)控制性能存在不足，其中，多電機(jī)并聯(lián)協(xié)調(diào)控制利用主電機(jī)的輸出作為從電機(jī)的輸入，使從電機(jī)跟隨主電機(jī)，但當(dāng)主電機(jī)出現(xiàn)負(fù)載突變或速度跳變時，主電機(jī)因?yàn)闆]有從電機(jī)的任何反饋信息，因而造成了電機(jī)的失同步。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)弊端，采用變頻調(diào)速技術(shù)，采取轉(zhuǎn)矩電流跟隨控制，從電機(jī)的跟隨量不再是主電機(jī)的輸出，而是控制主電機(jī)運(yùn)行的一個量一轉(zhuǎn)矩電流，這樣使主、從機(jī)電機(jī)同步控制系能更加優(yōu)異，也減小環(huán)流對系統(tǒng)的影響；主從變頻器之間的轉(zhuǎn)矩電流通過CAN總線進(jìn)行通訊傳輸，延時短，提高協(xié)調(diào)性能，也提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，包括以下步驟:
A、獲取轉(zhuǎn)矩電流的給定值:根據(jù)主變頻器轉(zhuǎn)速外環(huán)的給定值和反饋值，進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以后得到轉(zhuǎn)矩電流的給定值i*st
B、獲取勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流反饋值:檢測每個電機(jī)的輸出三相電流，經(jīng)過坐標(biāo)變換得到反饋的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流反饋值；
C、轉(zhuǎn)矩電流給定值的傳輸:主從控制之間的轉(zhuǎn)矩電流的給定值i*st通過CAN總線通訊
方式在各電機(jī)之間進(jìn)行傳輸；
D、獲取各電機(jī)的電流控制量:轉(zhuǎn)矩電流給定值分別與主從電機(jī)的反饋轉(zhuǎn)矩電流值進(jìn)行比較，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩電流環(huán)的PI控制以后得到各電機(jī)的電流控制量；
E、脈沖控制信號對各電機(jī)進(jìn)行控制:經(jīng)過矢量控制得到各變頻器的交流電壓參考值，通過PWM調(diào)制方式，發(fā)出驅(qū)動脈沖控制信號對各電機(jī)進(jìn)行控制；
所述變頻器為主從變頻器，包括主變頻器和從變頻器，主變頻器是主電機(jī)變頻器，從變頻器是從電機(jī)變頻器；所述主從控制是變頻器之間進(jìn)行的控制。[0005]進(jìn)一步的技術(shù)方案是:
所述的多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制方法，所述主從控制為I臺主變頻器與多臺從變頻器控制；每臺變頻器之間通過光纖連接。
[0006]所述的多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制方法，其主從變頻器均采用雙環(huán)控制，主變頻器經(jīng)過轉(zhuǎn)速環(huán)控制以后將輸出的轉(zhuǎn)矩電流給定值作為從變頻器轉(zhuǎn)矩電流內(nèi)環(huán)的給定值。
[0007]所述的多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制方法，所述主從控制，其主從變頻器之間通過CAN總線方式進(jìn)行通訊；通過軟件編程來避免協(xié)調(diào)控制中的通訊延時；通過軟件結(jié)構(gòu)消除通訊延時對主從協(xié)調(diào)控制同步性的影響，使各變頻器之間負(fù)荷平均分配。
[0008]所述的多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制方法，其主從變頻器之間通過CAN總線方式進(jìn)行通訊是雙CAN傳輸方式,用于保證通訊的可靠性。
[0009]所述的多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制方法，當(dāng)主變頻器發(fā)生故障時，通過軟件的方式進(jìn)行判斷，將主變頻器退出，并通過編程將其中一個從變頻器設(shè)置為主變頻器，保證系統(tǒng)在降額后還能穩(wěn)定運(yùn)行，使系統(tǒng)具備冗余糾錯能力。
[0010]對本發(fā)明的技術(shù)方案、原理及技術(shù)效果作說明如下:
本發(fā)明的主從電機(jī)均采用矢量控制策略。主電機(jī)整個控制分為轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，以及矢量控制調(diào)制環(huán)節(jié)。從電機(jī)控制無轉(zhuǎn)速檢測和調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。主電機(jī)控制器經(jīng)過轉(zhuǎn)速檢測和轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)，得到轉(zhuǎn)矩電流分量給定值，該給定值可以通過一定的比例系數(shù)通過光纖通訊的方式傳遞給各從變頻器，使各從逆變器可以按照給定值分配負(fù)荷。采樣電流經(jīng)過坐標(biāo)變換之后得到轉(zhuǎn)矩電流反饋值，經(jīng)過電流調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)得到給定電壓。給定電壓經(jīng)過坐標(biāo)變換之后，經(jīng)過調(diào)制環(huán)節(jié)，得到功率開關(guān)器件控制信號，用于控制功率器件開通和關(guān)斷，使變頻器輸出適當(dāng)電壓，實(shí)現(xiàn)電機(jī)并聯(lián)調(diào)速運(yùn)行。根據(jù)協(xié)調(diào)控制要求，每臺電機(jī)選用功能完全一樣的控制器，控制器中設(shè)置一個主控制器，控制器之間通過CAN總線交換數(shù)據(jù)，如:主機(jī)轉(zhuǎn)速環(huán)得到的轉(zhuǎn)矩電流給定值可以通過CAN總線傳輸，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，同時，從控制器也起到熱備份作用，當(dāng)主變頻器控制器損壞后可在線切換主控制器。因此，本發(fā)明方法技術(shù)效果主要體現(xiàn)在:通過對變頻器控制單元的協(xié)調(diào)控制，使多臺電機(jī)工作在同步狀態(tài)；在算法中采用共用的轉(zhuǎn)速環(huán)產(chǎn)生每個變頻器跟蹤轉(zhuǎn)矩電流，該值通過CAN總線的方式進(jìn)行通訊傳輸，可減小延時，提高了系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性能和可靠性能；本發(fā)明方法既保證多臺電機(jī)轉(zhuǎn)速相同，又保證負(fù)荷在多個電機(jī)之間合理分配。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖；
圖2為本發(fā)明的CAN總線控制組成示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]結(jié)合附圖和實(shí)施例對發(fā)明作進(jìn)一步說明如下:
實(shí)施例1:為本發(fā)明的基本實(shí)施例。如圖所示，一種多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，包括以下步驟:
A、獲取轉(zhuǎn)矩電流的給定值:根據(jù)主變頻器轉(zhuǎn)速外環(huán)的給定值和反饋值，進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以后得到轉(zhuǎn)矩電流的給定值iΨst ；
B、獲取勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流反饋值:檢測每個電機(jī)的輸出三相電流，經(jīng)過坐標(biāo)變換得到反饋的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流反饋值；
C、轉(zhuǎn)矩電流給定值的傳輸:主從控制之間的轉(zhuǎn)矩電流的給定值iΨst通過CAN總線通訊







方式在各電機(jī)之間進(jìn)行傳輸；
D、獲取各電機(jī)的電流控制量:轉(zhuǎn)矩電流給定值分別與主從電機(jī)的反饋轉(zhuǎn)矩電流值進(jìn)行比較，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩電流環(huán)的PI控制以后得到各電機(jī)的電流控制量；
E、脈沖控制信號對各電機(jī)進(jìn)行控制:經(jīng)過矢量控制得到各變頻器的交流電壓參考值，通過PWM調(diào)制方式，發(fā)出驅(qū)動脈沖控制信號對各電機(jī)進(jìn)行控制；
所述變頻器為主從變頻器，包括主變頻器和從變頻器，主變頻器是主電機(jī)變頻器，從變頻器是從電機(jī)變頻器；所述主從控制是變頻器之間進(jìn)行的控制。
[0013]實(shí)施例2:為本發(fā)明在實(shí)施例1基礎(chǔ)上進(jìn)一步的實(shí)施例，與實(shí)施例1不同的是:所述的多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制方法，主從控制為I臺主變頻器與多臺從變頻器控制；每臺變頻器之間通過光纖連接，為使逆變單元擁有良好的驅(qū)動兼容性，能多單元并聯(lián)驅(qū)動或單獨(dú)驅(qū)動，這樣即可以擴(kuò)大系統(tǒng)的驅(qū)動能力，也可以保證設(shè)備的冗余性；主從變頻器均采用雙環(huán)控制，主變頻器經(jīng)過轉(zhuǎn)速環(huán)控制以后將輸出的轉(zhuǎn)矩電流給定值作為從變頻器轉(zhuǎn)矩電流內(nèi)環(huán)的給定值；用于將主變頻器控制的一個過程量作為從變頻器的給定值，使主從變頻器控制的同步性能更好，而且控制轉(zhuǎn)矩電流，控制各變頻器輸出的轉(zhuǎn)矩，達(dá)到負(fù)荷分配的目的。所述主從控制，其主從變頻器之間通過CAN總線方式進(jìn)行通訊；通過軟件編程來避免協(xié)調(diào)控制中的通訊延時；通過軟件結(jié)構(gòu)消除通訊延時對主從協(xié)調(diào)控制同步性的影響，使各變頻器之間負(fù)荷平均分配。所述的主從變頻器之間通過CAN總線方式進(jìn)行通訊是雙CAN傳輸方式，用于保證通訊的可靠性。所述的多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制方法，當(dāng)主變頻器發(fā)生故障時，通過軟件的方式進(jìn)行判斷，將主變頻器退出，并通過編程將其中一個從變頻器設(shè)置為主變頻器，保證系統(tǒng)在降額后還能穩(wěn)定運(yùn)行，使系統(tǒng)具備冗余糾錯能力。
[0014]結(jié)合本發(fā)明工作過程對本發(fā)明技術(shù)方案和效果再作說明如下:
如圖1所示，具體過程為:首先在主控制器將轉(zhuǎn)速指令值與轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)檢測到的實(shí)
際轉(zhuǎn)速值送至速度調(diào)節(jié)器，在速度調(diào)節(jié)器中進(jìn)行PI控制以后得到轉(zhuǎn)矩電流給定值C。轉(zhuǎn)矩
電流給定值通過CAN總線傳輸?shù)姆绞綄⒃撝祩鬟f給各從變頻器控制器。每個電機(jī)實(shí)際采樣
電流經(jīng)過帕克變換與克拉克變換得到轉(zhuǎn)矩電流實(shí)際值，該值與轉(zhuǎn)矩電流給定值L在轉(zhuǎn)矩







-.電流控制器中進(jìn)行PI控制。該輸出通過PWM調(diào)制方式得到開關(guān)器件的控制信號。協(xié)調(diào)控制數(shù)據(jù)通訊存在時間延時，采用高速的CAN通訊盡管能減小通訊延時時間，但是無法消除延時時間帶來的影響，可采取補(bǔ)償延時時間來消除該影響，從軟件結(jié)構(gòu)上避免延時時間帶來的影響，針對操作指令和協(xié)調(diào)參數(shù)采用統(tǒng)一接收，下一周期才起作用的思想，因此，變頻器控制器間同步的前提是一個數(shù)據(jù)包(5個字節(jié))通訊時間比軟件執(zhí)行周期短，這對于高速的CAN通訊很容易做到。確定主控制器后，讀出主控制器的操作指令和協(xié)調(diào)指令作為有效指令。當(dāng)讀取到操作指令，程序響應(yīng)操作；當(dāng)讀取到通道協(xié)調(diào)值，計算主控制器和從控制器的協(xié)調(diào)值的差值，并采用斜坡處理，逐步讓從控制器的值向主控制器的值靠攏，保證了各變頻器間功率分配均衡，電流大小一致。通過接受上位機(jī)傳送過來的操作指令和參數(shù)，每個控制器采用定時發(fā)送，實(shí)時編碼(只有主控制器才發(fā)送，減少CAN總線通訊量)。對CAN通訊均采用參數(shù)長度、通訊固有校正措施兩重校正，正確后才保存使用；同時CAN采用雙CAN通訊，避免因?yàn)镃AN模塊壞掉導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓，提高通訊可靠性。每個控制器通過CAN中斷接收到發(fā)送過來的信號后讀取參數(shù)，當(dāng)讀到數(shù)據(jù)后保存到相應(yīng)數(shù)組，通過解碼程序進(jìn)行處理，經(jīng)過事先約定好的優(yōu)先級別進(jìn)行仲裁，對于優(yōu)先級別高的且申請當(dāng)主控制器的同意當(dāng)主控制器，同時讀出故障從變頻器信息，修改故障后程序中需變化的參數(shù)，加入斜坡處理，逐漸調(diào)節(jié)到修改后的值。主控通道采取競爭模式，當(dāng)某一通道故障后執(zhí)行故障處理，進(jìn)入了保護(hù)模式，并退出主控制權(quán)限競爭，故障復(fù)位后重新開始競爭。
[0015]本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 獲取轉(zhuǎn)矩電流的給定值:根據(jù)主變頻器轉(zhuǎn)速外環(huán)的給定值和反饋值，進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以后得到轉(zhuǎn)矩電流的給定值; 獲取勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流反饋值:檢測每個電機(jī)的輸出三相電流，經(jīng)過坐標(biāo)變換得到反饋的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流反饋值； 轉(zhuǎn)矩電流給定值的傳輸:主從控制之間的轉(zhuǎn)矩電流的給定值[通過CAN總線通訊方 式在各電機(jī)之間進(jìn)行傳輸； 獲取各電機(jī)的電流控制量:轉(zhuǎn)矩電流給定值分別與主從電機(jī)的反饋轉(zhuǎn)矩電流值進(jìn)行比較，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩電流環(huán)的PI控制以后得到各電機(jī)的電流控制量； 脈沖控制信號對各電機(jī)進(jìn)行控制:經(jīng)過矢量控制得到各變頻器的交流電壓參考值，通過PWM調(diào)制方式，發(fā)出驅(qū)動脈沖控制信號對各電機(jī)進(jìn)行控制； 所述變頻器為主從變頻器，包括主變頻器和從變頻器，主變頻器是主電機(jī)變頻器，從變頻器是從電機(jī)變頻器；所述主從控制是變頻器之間進(jìn)行的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，所述主從控制為I臺主變頻器與多臺從變頻器控制；每臺變頻器之間通過光纖連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多電機(jī)`同`步協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，主從變頻器均采用雙環(huán)控制，主變頻器經(jīng)過轉(zhuǎn)速環(huán)控制以后將輸出的轉(zhuǎn)矩電流給定值作為從變頻器轉(zhuǎn)矩電流內(nèi)環(huán)的給定值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，所述主從控制，其主從變頻器之間通過CAN總線方式進(jìn)行通訊；通過軟件編程來避免協(xié)調(diào)控制中的通訊延時；通過軟件結(jié)構(gòu)消除通訊延時對主從協(xié)調(diào)控制同步性的影響，使各變頻器之間負(fù)荷平均分配。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，主從變頻器之間通過CAN總線方式進(jìn)行通訊是雙CAN傳輸方式，用于保證通訊的可靠性。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，當(dāng)主變頻器發(fā)生故障時，通過軟件的方式進(jìn)行判斷，將主變頻器退出，并通過編程將其中一個從變頻器設(shè)置為主變頻器，保證系統(tǒng)在降額后還能穩(wěn)定運(yùn)行，使系統(tǒng)具備冗余糾錯能力。
【文檔編號】H02P5/46GK103501136SQ201310497209
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】康樂, 徐鴻, 李帆, 王銳 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一二研究所