基于dtc算法的高壓變頻器的控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于DTC算法的高壓變頻器的控制系統(tǒng)及方法，方法包括：S1、獲取高壓變頻器輸出的三相輸出電壓及電流，計算電機的定子磁鏈；S2、根據(jù)電機的定子磁鏈及定子電流計算電磁轉(zhuǎn)矩；S3、對電機的速度給定及速度反饋進行閉環(huán)PID運算以生成轉(zhuǎn)矩信號；S4、根據(jù)電機的定子磁鏈計算定子磁鏈在靜止坐標系中所處的磁鏈扇區(qū)；S5、根據(jù)磁鏈滯環(huán)比較器及轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的輸出及磁鏈扇區(qū)計算出一開關矢量；S6、基于DTC算法并根據(jù)開關矢量對高壓變頻器的功率單元進行移相，生成相應的PWM信號。本發(fā)明能夠?qū)﹄姶呸D(zhuǎn)矩進行快速精確的控制，實現(xiàn)對突加減負載的快速響應。
【專利說明】基于DTC算法的高壓變頻器的控制系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于DTC算法的高壓變頻器的控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]目前級聯(lián)型高壓變頻器已成為高壓變頻器的主流的拓撲結(jié)構，其控制方式基本上采用VF控制(電壓頻率變換控制)，且采用CPS-SPWM (載波移相-正弦脈寬調(diào)制)的調(diào)試方法，也有少數(shù)公司開發(fā)出了基于矢量控制的高壓變頻器。但是由于級聯(lián)型高壓變頻器的拓撲結(jié)構及散熱方面的要求，使得高壓變頻器無法像低壓變頻器那樣運行在很高的開關頻率下，由此便導致高壓變頻器的矢量控制無法實現(xiàn)像低壓變頻器那樣快速的轉(zhuǎn)矩響應，而VF控制本身就是開環(huán)控制，導致轉(zhuǎn)矩響應的速度變得更慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術問題是為了克服現(xiàn)有技術中級聯(lián)型高壓變頻器無法運行在很高的開關頻率下并且轉(zhuǎn)矩響應的速度非常慢的缺陷，提供一種基于DTC算法的高壓變頻器的控制系統(tǒng)及方法。
[0004]本發(fā)明是通過下 述技術方案來解決上述技術問題的:
[0005]本發(fā)明提供了一種基于DTC (直接轉(zhuǎn)矩控制)算法的高壓變頻器的控制方法，其特點在于，包括以下步驟:
[0006]S1、獲取所述高壓變頻器輸出的三相輸出電壓及三相輸出電流，并根據(jù)所述三相輸出電壓及所述三相輸出電流計算電機的定子磁鏈，計算公式如下:
[0007]
【權利要求】
1.一種基于DTC算法的高壓變頻器的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、獲取所述高壓變頻器輸出的三相輸出電壓及三相輸出電流，并根據(jù)所述三相輸出電壓及所述三相輸出電流計算電機的定子磁鏈，計算公式如下: V=J(Kx/w>/; 其中，Us ,和U r分別表示所述三相輸出電壓在靜止坐標系中α軸和β軸的分量，Isn和IsP分別表不所;Φ 二相輸出電流在靜止坐標系中α軸和β軸的分量，和1^iSP分別表示所述定子磁鏈在靜止坐標系中α軸和β軸的分量，Rs表示所述電機的定子電阻； 52、根據(jù)所述電機的定子磁鏈及所述電機的定子電流計算所述電機輸出的電磁轉(zhuǎn)矩，計算公式如下: T =(ψ?αχ/5/?_ψ?/;χ ZiJ ; 其中，Te表示所述電磁轉(zhuǎn)矩，Np表示所述電機的極數(shù)； 53、對所述電機的速度給定及速度反饋進行閉環(huán)PID運算以生成一轉(zhuǎn)矩信號，以作為一轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的輸入給定； 54、根據(jù)所述電機的定子磁鏈在靜止坐標系中α軸和β軸的分量計算所述定子磁鏈在所述靜止坐標系中所處的磁鏈扇區(qū)； 55、根據(jù)一磁鏈滯環(huán)比較器及所述轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的輸出以及所述磁鏈扇區(qū)計算出一開關矢量; 56、基于DTC算法并根據(jù)計算出的開關矢量及所述高壓變頻器的單元級聯(lián)數(shù)分別對所述高壓變頻器的各個功率單元進行移相，并分別生成相應的PWM信號。
2.如權利要求1所述的控制方法，其特征在于，步驟S1中通過一電壓傳感器實時檢測所述三相輸出電壓。
3.如權利要求1所述的控制方法，其特征在于，步驟S1中通過如下公式計算所述三相輸出電壓: 當所述高壓變頻器輸出的PWM信號在整個開關周期內(nèi)全開或全關時，計算公式如下:
U(N) = Uccr(N)X I —以-2”ΧΧ X UJN) + UcJN — I) x ^ ^XX x UJN — I) 其中U(N)表示第N個開關周期的三相輸出電壓，Uccr(N)表示第N個開關周期給定的PWM開關指令，Udc(N)表示第N個開關周期每一相的母線電壓和，Ns表示所述高壓變頻器的單元級聯(lián)數(shù)，X表示移相部分所占開關周期的比例； 當所述高壓變頻器輸出的PWM信號的脈寬可調(diào)時，計算公式如下:


N、
"⑴=(ccrlA- - cc-r3/f) X Yjdk1- Uk2 + Uik_m ;



i = 1 其中，u(k)表示第k個開關周期的三相輸出電壓，Uk2表示由于移相導致從第k個開關周期移入下一個開關周期的輸出電壓部分，u(k_1)2表示由于移相導致上一個開關周期移入第k個開關周期的輸出電壓部分，Ccrlk表示第k個開關周期內(nèi)所述高壓變頻器中功率單元的左上橋臂的PWM信號的寬度，CCrfk表示第k個開關周期內(nèi)所述高壓變頻器中功率單元的右上橋臂的PWM信號的寬度，Ns表示所述高壓變頻器的單元級聯(lián)數(shù)，Udki表示所述高壓變頻器的第i個功率單元的母線電壓。
4.如權利要求1所述的控制方法，其特征在于，步驟S1之前還包括一電流控制步驟:利用一恒流控制器通過調(diào)整所述高頻變壓器的輸出信號的PWM脈寬以對所述三相輸出電流進行閉環(huán)控制。
5.如權利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述電流控制步驟之前還包括一中性點確定步驟:根據(jù)所述電機的輸入電流的方向確定所述高壓變頻器的中性點的位置。
6.一種基于DTC算法的高壓變頻器的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括: 一磁鏈觀測器，用于獲取所述高壓變頻器輸出的三相輸出電壓及三相輸出電流，并根據(jù)所述三相輸出電壓及所述三相輸出電流計算電機的定子磁鏈，計算公式如下:

7.如權利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括一電壓傳感器，用于實時檢測所述三相輸出電壓。
8.如權利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括一電壓計算模塊，用于計算所述三相輸出電壓； 當所述高壓變頻器輸出的PWM信號在整個開關周期內(nèi)全開或全關時，所述電壓計算模塊采用如下公式進行計算:
9.如權利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括一恒流控制器，用于通過調(diào)整所述高頻變壓器的輸出信號的PWM脈寬以對所述三相輸出電流進行閉環(huán)控制。
10.如權利要求9所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括一中性點確定模塊，用于根據(jù)所述電機的輸入電流的方向確定所述高壓變頻器中性點的位置。
11.如權利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括一數(shù)組，用于預存儲全部的用于對高壓變頻器的功率單元進行移相的開關矢量。
【文檔編號】H02P27/08GK103986391SQ201410196008
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權日:2014年5月9日
【發(fā)明者】李興鶴, 金辛海, 宋吉波, 孟慶旭, 張震宇, 吳蕓 申請人:上海新時達電氣股份有限公司, 上海辛格林納新時達電機有限公司