一種交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法、轉(zhuǎn)速控制方法及控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法。本發(fā)明方法首先利用轉(zhuǎn)速觀測模型觀測出交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流和觀測轉(zhuǎn)速；然后利用速度傳感器獲取交流電動機(jī)的測量轉(zhuǎn)速，并以測量轉(zhuǎn)速以及此前獲得的交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速作為輸入，利用PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到輸出量K，輸出量K的初始值為預(yù)先設(shè)定的定值；以輸出量K與轉(zhuǎn)矩電流的乘積作為轉(zhuǎn)速偏差，用觀測轉(zhuǎn)速減去轉(zhuǎn)速偏差，得到最終的交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速。本發(fā)明還公開了一種交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法及控制系統(tǒng)，利用上述轉(zhuǎn)速測量方法得到的交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速作為反饋轉(zhuǎn)速，對交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能更準(zhǔn)確地控制電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，同時(shí)提高了電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的魯棒性。
【專利說明】一種交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法、轉(zhuǎn)速控制方法及控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種交流電動機(jī)控制方法，尤其涉及一種轉(zhuǎn)速控制方法及控制系統(tǒng)，屬于電機(jī)控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋控制中，現(xiàn)有方法一般分為兩種:第一種通過轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)際測量得到反饋轉(zhuǎn)速，再根據(jù)轉(zhuǎn)速指令和轉(zhuǎn)速反饋經(jīng)過閉環(huán)控制器調(diào)制出轉(zhuǎn)矩指令，該轉(zhuǎn)矩指令再經(jīng)過逆變控制器調(diào)制輸出電壓、電流給交流電動機(jī)。第二種，無需轉(zhuǎn)速傳感器，通過電流傳感器采樣得到交流電動機(jī)的三相或者兩相定子輸入電流，通過轉(zhuǎn)速觀測模型(例如最常見的電流模型或者電壓模型)觀測得到電動機(jī)的反饋轉(zhuǎn)速，再根據(jù)轉(zhuǎn)速指令和轉(zhuǎn)速反饋經(jīng)過閉環(huán)控制器調(diào)制出轉(zhuǎn)矩指令，該轉(zhuǎn)矩指令再經(jīng)過逆變控制器調(diào)制輸出電壓、電流給交流電動機(jī)。
[0003]第一種方法，由于編碼器計(jì)算出的轉(zhuǎn)速反饋信號采樣頻率較慢，采樣時(shí)間一般在IOOms左右，而在轉(zhuǎn)速控制裝置中轉(zhuǎn)速指令采樣頻率快，采樣時(shí)間一般為一個(gè)載波周期，一般在100?500US左右，所以在轉(zhuǎn)速控制上的反饋轉(zhuǎn)速滯后于實(shí)際的電動機(jī)轉(zhuǎn)速，存在反饋轉(zhuǎn)速的時(shí)延問題，使輸出轉(zhuǎn)矩指令不準(zhǔn)確，該轉(zhuǎn)矩指令經(jīng)過逆變控制器調(diào)制出的輸出電壓、電流不準(zhǔn)確，從而影響轉(zhuǎn)速控制精度，而且該方法對轉(zhuǎn)速傳感器的依賴度過高，所以，一旦轉(zhuǎn)速傳感器損壞或者精度不高時(shí)，變頻器的控制將出錯(cuò)，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不穩(wěn)定。第二種方法，受電動機(jī)參數(shù)影響較大，而且由于電動機(jī)工況的不同變化和環(huán)境的影響，電動機(jī)的定子電阻，轉(zhuǎn)子電阻會隨著電動機(jī)運(yùn)行而變化，在高速方波模式下，由于輸出電流，電壓波形較差，電流解耦非常困難且精度不高，影響電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速計(jì)算精度，而轉(zhuǎn)速計(jì)算不準(zhǔn)確將直接導(dǎo)致輸出轉(zhuǎn)矩的準(zhǔn)確性，因而不能準(zhǔn)確控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，也無法發(fā)揮電動機(jī)的功率。
[0004]綜上可知，現(xiàn)有交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法，無論是采用第一種還是第二種方法，控制精度和可靠性都不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法、轉(zhuǎn)速控制方法及控制系統(tǒng)，對利用轉(zhuǎn)速觀測模型得到的觀測轉(zhuǎn)速與實(shí)際測量得到的測量轉(zhuǎn)速進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，從而得到更準(zhǔn)確的反饋轉(zhuǎn)速，進(jìn)而根據(jù)該反饋轉(zhuǎn)速對交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制。
[0006]本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法，首先利用轉(zhuǎn)速觀測模型觀測出交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流和觀測轉(zhuǎn)速；然后利用速度傳感器獲取交流電動機(jī)的測量轉(zhuǎn)速，并以所述測量轉(zhuǎn)速以及此前獲得的交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速作為輸入，利用PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到輸出量K，輸出量K的初始值為預(yù)先設(shè)定的定值；以輸出量K與轉(zhuǎn)矩電流的乘積作為轉(zhuǎn)速偏差，用觀測轉(zhuǎn)速減去所述轉(zhuǎn)速偏差，得到最終的交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速。。[0008]優(yōu)選地，所述此前獲得的交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速為與所述測量轉(zhuǎn)速的采樣時(shí)間最接近的交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0009]一種交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法，以上述交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法得到的交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速作為反饋轉(zhuǎn)速，對交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制。
[0010]一種交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)速反饋單元、閉環(huán)控制單元、逆變控制單元，轉(zhuǎn)速反饋單元對交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量并將轉(zhuǎn)速測量結(jié)果反饋至閉環(huán)控制單元，閉環(huán)控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)速反饋單元所反饋的轉(zhuǎn)速測量結(jié)果以及預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速指令調(diào)制出轉(zhuǎn)矩指令，逆變控制單元根據(jù)該轉(zhuǎn)矩指令調(diào)制輸出相應(yīng)的電壓、電流至交流電動機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制；所述轉(zhuǎn)速反饋單元包括:
[0011]轉(zhuǎn)速觀測模塊，包括用于對所述交流電動機(jī)的電流和/或電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的檢測模塊，以及，用于根據(jù)檢測模塊檢測到的電流和/或電壓對交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流和轉(zhuǎn)速進(jìn)行觀測的磁鏈一轉(zhuǎn)速觀測器；
[0012]轉(zhuǎn)速傳感器，用于對所述交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)際測量；
[0013]反饋轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊，包括PI調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速修正器，其中，PI調(diào)節(jié)器用于對此前獲得的交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速傳感器輸出的測量轉(zhuǎn)速進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到輸出量K;轉(zhuǎn)速修正器以輸出量K與轉(zhuǎn)速觀測模塊輸出的轉(zhuǎn)矩電流的乘積作為轉(zhuǎn)速偏差，用轉(zhuǎn)速觀測模塊輸出的觀測轉(zhuǎn)速減去所述轉(zhuǎn)速偏差，得到最終的交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速并將其反饋至閉環(huán)控制單元。
[0014]優(yōu)選地，所述PI調(diào)節(jié)器的輸入端和轉(zhuǎn)速修正器的輸出端之間串聯(lián)有信號采樣速率匹配模塊，用于從轉(zhuǎn)速修正器所輸出的一組交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速測量數(shù)據(jù)中選擇與當(dāng)前測量轉(zhuǎn)速的采樣時(shí)間最接近的數(shù)據(jù)輸出至PI調(diào)節(jié)器。
[0015]本發(fā)明針對現(xiàn)有基于轉(zhuǎn)速觀測模型以及基于轉(zhuǎn)速傳感器的電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制技術(shù)的不足，將兩者分別得到的反饋轉(zhuǎn)速進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，從而得到更準(zhǔn)確的反饋轉(zhuǎn)速，進(jìn)而根據(jù)該反饋轉(zhuǎn)速對交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能夠更加準(zhǔn)確地控制電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，同時(shí)大大提高了電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的魯棒性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為【具體實(shí)施方式】中本發(fā)明交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0018]本發(fā)明的思路是對利用轉(zhuǎn)速觀測模型得到的觀測轉(zhuǎn)速與實(shí)際測量得到的測量轉(zhuǎn)速進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，從而得到更準(zhǔn)確的反饋轉(zhuǎn)速，進(jìn)而根據(jù)該反饋轉(zhuǎn)速對交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制。
[0019]圖1顯示了本發(fā)明交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理。如圖所示，該控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)速反饋單元、閉環(huán)控制單元、逆變控制單元，轉(zhuǎn)速反饋單元對交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量并將轉(zhuǎn)速測量結(jié)果反饋至閉環(huán)控制單元，閉環(huán)控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)速反饋單元所反饋的轉(zhuǎn)速測量結(jié)果以及預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速指令調(diào)制出轉(zhuǎn)矩指令，逆變控制單元根據(jù)該轉(zhuǎn)矩指令調(diào)制輸出相應(yīng)的電壓、電流至交流電動機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制?，F(xiàn)有技術(shù)中，轉(zhuǎn)速反饋單元通常采用轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)際測量得到的電動機(jī)測量轉(zhuǎn)速，或者通過電流傳感器采樣得到交流電動機(jī)的三相或者兩相定子輸入電流，通過轉(zhuǎn)速觀測模型(例如最常見的電流模型或者電壓模型)觀測得到電動機(jī)的觀測轉(zhuǎn)速。本發(fā)明同時(shí)采用了這兩種轉(zhuǎn)速測量方式，并將兩者的測量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，從而得到更準(zhǔn)確的反饋轉(zhuǎn)速。本發(fā)明的轉(zhuǎn)速反饋單元如圖1所示，包括:轉(zhuǎn)速觀測模塊、轉(zhuǎn)速傳感器、反饋轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊；其中，轉(zhuǎn)速觀測模塊包括用于對所述交流電動機(jī)的電流和/或電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的檢測模塊，以及用于根據(jù)檢測模塊檢測到的電流和/或電壓對交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流和轉(zhuǎn)速進(jìn)行觀測的磁鏈一轉(zhuǎn)速觀測器。本發(fā)明中，檢測模塊可以是電流檢測單元和/或電壓檢測單元，電流檢測單元檢測交流電動機(jī)的三相或者兩相定子輸入電流，電壓檢測單元檢測交流電動機(jī)定子輸入電壓；磁鏈一轉(zhuǎn)速觀測器采用相應(yīng)的現(xiàn)有觀測模型(例如電流模型、電壓模型等)，根據(jù)檢測模塊檢測到的電流和/或電壓對交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流和轉(zhuǎn)速進(jìn)行觀測，得到轉(zhuǎn)矩電流1st和觀測轉(zhuǎn)速ω_(Λν。本具體實(shí)施例中安裝于電動機(jī)側(cè)的轉(zhuǎn)速傳感器采用PG速度傳感器，對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，其輸出的測量轉(zhuǎn)速記為《_rPG。作為本發(fā)明核心部分的反饋轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊，其作用是對觀測轉(zhuǎn)速ω_(Λν和測量轉(zhuǎn)速《_rPG進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，輸出更準(zhǔn)確的反饋轉(zhuǎn)速。如圖1所示，反饋轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊包括PI調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)速修正器，PI調(diào)節(jié)器用于對此前獲得的反饋速度《_fbk和轉(zhuǎn)速傳感器輸出的測量轉(zhuǎn)速《_rPG進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到一個(gè)輸出量K ;轉(zhuǎn)速修正器首先用輸出量K與轉(zhuǎn)速觀測模塊輸出的轉(zhuǎn)矩電流1st相乘，乘積Ws作為轉(zhuǎn)速偏差，然后用觀測轉(zhuǎn)速ω_(Λν減去轉(zhuǎn)速偏差Ws，得到最終的反饋速度ω_fbk。上述過程是一個(gè)循環(huán)迭代的過程，因此需要預(yù)先設(shè)定輸出量K在初始階段的值為一個(gè)定值。由于PG速度傳感器的采樣周期為100ms，而觀測轉(zhuǎn)速的采樣時(shí)間通常為一個(gè)載波周期，一般為100?500us左右，這兩種速度采樣時(shí)延相差比較大，為了消除采樣時(shí)延差距對最終轉(zhuǎn)速測量結(jié)果的影響，本【具體實(shí)施方式】中進(jìn)一步地在PI調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速修正器之間設(shè)置了信號采樣速率匹配模塊，用于持續(xù)接收轉(zhuǎn)速修正器每個(gè)周期計(jì)算得到的反饋速度ω_fbk (其計(jì)算周期與觀測轉(zhuǎn)速的采樣周期相同)并不斷更新，信號采樣速率匹配模塊中始終保存著最新的反饋速度《_fbk ;當(dāng)PI調(diào)節(jié)器接收到速度傳感器所輸出的測量轉(zhuǎn)速o_rPG時(shí)，信號采樣速率匹配模塊將當(dāng)前所保存的反饋速度(即與當(dāng)前測量轉(zhuǎn)速《_rPG的采樣時(shí)間最接近的反饋速度，為區(qū)別起見，用《_fbk*表示)輸出至PI調(diào)節(jié)器，PI調(diào)節(jié)器對co_fbk*和測量轉(zhuǎn)速《_rPG進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，輸出一個(gè)輸出量K，轉(zhuǎn)速修正器再利用輸出量K與轉(zhuǎn)矩電流1st以及觀測轉(zhuǎn)速ω_(Λν計(jì)算得到新的反饋速度。如此循環(huán)，即可輸出與觀測轉(zhuǎn)速的采樣周期相同的反饋轉(zhuǎn)速，且輸出的反饋轉(zhuǎn)速更準(zhǔn)確。
[0020]上述交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)對電動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的流程具體如下:
[0021]步驟1、電流檢測單元檢測交流電動機(jī)的三相(或者兩相)定子輸入電流ΙΑ、ΙΒ、I。，通過電壓霍爾采樣或者通過逆變控制單元中開關(guān)管的開通、關(guān)斷時(shí)間與母線電壓計(jì)算得到定子輸入電壓uA、UB、Uc ;
[0022]步驟2、磁鏈一轉(zhuǎn)速觀測器將檢測到的定子輸入電流IA、IB、Ic和定子輸入電壓UA、UB、Uc根據(jù)Clark變換:
【權(quán)利要求】
1.一種交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法，其特征在于，首先利用轉(zhuǎn)速觀測模型觀測出交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流和觀測轉(zhuǎn)速；然后利用速度傳感器獲取交流電動機(jī)的測量轉(zhuǎn)速，并以所述測量轉(zhuǎn)速以及此前獲得的交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速作為輸入，利用PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到輸出量K，輸出量K的初始值為預(yù)先設(shè)定的定值；以輸出量K與轉(zhuǎn)矩電流的乘積作為轉(zhuǎn)速偏差，用觀測轉(zhuǎn)速減去所述轉(zhuǎn)速偏差，得到最終的交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速。
2.如權(quán)利要求1所述交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法，其特征在于，所述此前獲得的交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速為與所述測量轉(zhuǎn)速的采樣時(shí)間最接近的交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速。
3.一種交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法，其特征在于，以權(quán)利要求1或2所述方法測量得到的交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速作為反饋轉(zhuǎn)速，對交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制。
4.一種交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng),包括轉(zhuǎn)速反饋單元、閉環(huán)控制單元、逆變控制單元，轉(zhuǎn)速反饋單元對交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量并將轉(zhuǎn)速測量結(jié)果反饋至閉環(huán)控制單元，閉環(huán)控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)速反饋單元所反饋的轉(zhuǎn)速測量結(jié)果以及預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速指令調(diào)制出轉(zhuǎn)矩指令，逆變控制單元根據(jù)該轉(zhuǎn)矩指令調(diào)制輸出相應(yīng)的電壓、電流至交流電動機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制；其特征在于，所述轉(zhuǎn)速反饋單元包括: 轉(zhuǎn)速觀測模塊，包括用于對所述交流電動機(jī)的電流和/或電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的檢測?！缞A，以及，用于根據(jù)檢測模塊檢測到的電流和/或電壓對交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流和轉(zhuǎn)速進(jìn)行觀測的磁鏈一轉(zhuǎn)速觀測器； 轉(zhuǎn)速傳感器，用于對所述交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)際測量； 反饋轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊，包括PI調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速修正器，其中，PI調(diào)節(jié)器用于對此前獲得的交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速傳感器輸出的測量轉(zhuǎn)速進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，得到輸出量K;轉(zhuǎn)速修正器以輸出量K與轉(zhuǎn)速觀測模塊輸出的轉(zhuǎn)矩電流的乘積作為轉(zhuǎn)速偏差，用轉(zhuǎn)速觀測模塊輸出的觀測轉(zhuǎn)速減去所述轉(zhuǎn)速偏差，得到最終的交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速并將其反饋至閉環(huán)控制單J Li ο
5.如權(quán)利要求4所述交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述PI調(diào)節(jié)器的輸入端和轉(zhuǎn)速修正器的輸出端之間串聯(lián)有信號米樣速率匹配模塊，用于從轉(zhuǎn)速修正器所輸出的一組交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速測量數(shù)據(jù)中選擇與當(dāng)前測量轉(zhuǎn)速的采樣時(shí)間最接近的數(shù)據(jù)輸出至PI調(diào)節(jié)器。
【文檔編號】H02P23/14GK103475301SQ201310351169
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月13日
【發(fā)明者】劉奕騁, 徐麗, 唐雪峰, 李志鵬 申請人:常熟開關(guān)制造有限公司(原常熟開關(guān)廠）