本發(fā)明涉及電機控制領域，尤其涉及一種基于磁鏈補償?shù)漠惒诫姍C控制方法。

背景技術：

節(jié)能環(huán)保、持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為當今世界兩大主題。為應對日益嚴峻的能源消耗，各國都在調(diào)整能源政策。據(jù)統(tǒng)計，我國電網(wǎng)總負荷的60％為感應電機，而大部分電機運行在額定負載以下，大量的電能被浪費。此外，大功率的異步電機在各種工程機械得到了廣泛的應用，使用發(fā)電機和電動機的組合替代汽柴油發(fā)動機，去掉復雜的齒輪變速箱，并提升系統(tǒng)低速硬特性，“油改電”正是一個大的趨勢。為此，各國都大力推廣和應用變頻調(diào)速技術。

對異步電機進行分析時，可用Clarke變換，將異步電機定轉子電流、電壓、磁鏈等信號變換成靜止坐標系下的分量。利用“功率等效”原則，得到靜止坐標系下的異步電機模型。

異步電機標量控制方式。異步電機標量控制方式以“恒壓頻比”即V/F控制方式為代表。它利用電機運行時，電機的定子電壓幅值和頻率之比近似為定值，因此，根據(jù)電機輸出頻率線性的調(diào)節(jié)輸出電壓即可對電機進行控制。其常見的控制方式為：給定的電機輸出頻率經(jīng)過V/F曲線得到電機輸出電壓和頻率給定值，逆變器通過調(diào)制單元控制IGBT開關器件將輸出電壓和頻率給定值輸出至電機。電機根據(jù)逆變器輸出電壓和頻率進行運行。

異步電機矢量控制方式。異步電機利用兩相電機模型，將靜止兩相坐標系下的電機變量通過PARK變換，變換到轉子磁鏈旋轉坐標系。從而得到與直流電機類似的轉矩表達式，而定子電流在此旋轉坐標系下的兩個分量電流也表現(xiàn)出相互獨立的特性，從而獲得媲美直流調(diào)速系統(tǒng)的快速轉矩響應。而在工程應用上，一般也使用基于轉差控制的“間接矢量控制”方式。其控制方式為：給定電機在同步旋轉坐標系下的勵磁電流和轉矩電流分量，勵磁電流給定值和勵磁電流反饋值通過電流調(diào)節(jié)器得到勵磁電壓給定值分量；轉矩電流給定值和轉矩電流反饋值由另一個電流調(diào)節(jié)器得到轉矩電壓給定值分量。勵磁電壓給定值與轉矩電壓給定值可確定逆變器的輸出電壓幅值。勵磁電流與轉矩電流反饋值通過磁鏈轉矩觀測器計算得到。磁鏈觀測器利用輸入的電機電流和電機電壓，通過靜止坐標系下的電機模型，計算出電機的轉子磁鏈的相位角以及轉差頻率給定值。此轉差頻率給定值與實際電機頻率之和為逆變器的輸出頻率給定值。逆變器通過調(diào)制單元控制IGBT開關器件將輸出電壓幅值和頻率給定值輸出至電機。電機根據(jù)逆變器輸出電壓和頻率進行運行。

目前針對異步電機的主要控制方法有以“V/F”為代表的標量控制和轉差矢量控制方式。V/F控制由于其控制簡單可靠，對電機參數(shù)不敏感，在低成本、對轉矩特性要求不高的調(diào)速場合得到了大量的應用。但其低速性能較差，轉矩響應較慢。矢量控制控制性能好，但其嚴重依賴于電機參數(shù)，在電機溫度變化較大的應用情形下，電機參數(shù)會發(fā)生較大偏移，造成轉子磁鏈矢量的相位角與轉差頻率很難計算準確，從而引起控制性能下降?？梢?，這兩種常見控制方式在工程應用上均互有優(yōu)劣。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的為結合以上兩種控制方式的優(yōu)點，提供一種簡單可靠、轉矩響應好，對參數(shù)依賴性低的基于磁鏈補償?shù)漠惒诫姍C控制方法。

為了達到此目的，本發(fā)明的技術方案是：一種基于磁鏈補償?shù)漠惒诫姍C控制方法，其步驟為：

步驟1、將直流電壓、電機電流、電機電壓、電機角頻率經(jīng)矢量變換輸入至磁鏈轉矩觀測器，磁鏈轉矩觀測器根據(jù)異步電機靜止坐標系模型和以上輸入?yún)?shù)計算出電機轉矩、氣隙磁鏈幅值；

步驟2、將計算得到的實際電機轉矩和氣隙磁鏈幅值送至轉矩調(diào)節(jié)器和磁鏈調(diào)節(jié)器，經(jīng)限幅后，分別得到轉差頻率給定值與電壓補償值；

步驟3、電機角頻率與轉差頻率給定值之和即為逆變器輸出頻率給定值，根據(jù)逆變器輸出頻率給定值得到V/F曲線上的逆變器的基礎輸出電壓給定值；

步驟4、逆變器的基礎輸出電壓給定值與磁鏈幅值調(diào)節(jié)器得到的電壓補償值之和即為逆變器的輸出電壓給定值；

步驟5、將逆變器的輸出電壓給定值和逆變器輸出頻率給定值輸入至調(diào)制單元，逆變器通過調(diào)制單元控制IGBT的開關狀態(tài)將輸出電壓給定值和頻率給定值輸出至電機。

優(yōu)選的，所述步驟1的電機電壓是根據(jù)直流電壓與逆變器的開關狀態(tài)進行重構得到的。

優(yōu)選的，所述步驟5的調(diào)制單元為空間矢量調(diào)制單元SVPWM。

本發(fā)明的有益技術效果是，利用磁鏈幅值調(diào)節(jié)器結合V/F控制曲線可大幅改善電機輸出轉矩響應速度；磁鏈幅值調(diào)節(jié)器使用磁鏈幅值，而非矢量控制方式的解耦后的磁鏈值，大大降低了對電機參數(shù)的依賴性，控制性能較高；利用轉矩調(diào)節(jié)器結合電機轉速實現(xiàn)電機轉差控制，使電機輸出轉矩波動小。

附圖說明

圖1為異步電機每相近似等效電路；

圖2為本發(fā)明實施例控制原理框圖。

具體實施方式

以下將結合附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步說明。

參照附圖，一種基于磁鏈補償?shù)漠惒诫姍C控制方法，其步驟為：

步驟1、將直流電壓、電機電流、電機電壓、電機角頻率經(jīng)矢量變換6輸入至磁鏈轉矩觀測器3，磁鏈轉矩觀測器3根據(jù)異步電機8靜止坐標系模型和以上輸入?yún)?shù)計算出電機轉矩、氣隙磁鏈幅值，所述電機電壓是根據(jù)直流電壓與逆變器的開關狀態(tài)進行重構得到的；

步驟2、將計算得到的實際電機轉矩和氣隙磁鏈幅值送至轉矩調(diào)節(jié)器1和磁鏈調(diào)節(jié)器2，經(jīng)限幅4后，分別得到轉差頻率給定值與電壓補償值；

步驟3、電機角頻率與轉差頻率給定值之和即為逆變器輸出頻率給定值，根據(jù)逆變器輸出頻率給定值得到V/F曲線5上的逆變器的基礎輸出電壓給定值；

步驟4、逆變器的基礎輸出電壓給定值與磁鏈幅值調(diào)節(jié)器得到的電壓補償值之和即為逆變器的輸出電壓給定值；

步驟5、將逆變器的輸出電壓給定值和逆變器輸出頻率給定值輸入至調(diào)制單元，逆變器通過調(diào)制單元控制IGBT的開關狀態(tài)將輸出電壓給定值和頻率給定值輸出至電機，所述調(diào)制單元為空間矢量調(diào)制SVPWM7。

本發(fā)明附圖1為異步電機8每相近似等效電路，其中Rs、L1s、Lm、L1r、Rr、s分別為定子電阻、定子漏感、互感、轉子漏感、轉子電阻和轉差率。電機的電磁轉矩計算公式為：其中Te為電機電磁轉矩、P為極對數(shù)、Ir為轉子電流，Rr為轉子電阻、s為轉差率，w_e為電機角頻率。由等效電路可得電機轉子電流為其中，Vs為定子電壓，代入電磁轉矩計算公式，可得考慮到Ψ_m＝V_s/w_e，R_r²>>w_sl²L_1r²，s²≈0，其中Ψ_m為氣隙磁鏈，w_sl為轉差頻率，上式可化簡為：該公式為本發(fā)明的理論依據(jù)。上式表明，在磁鏈Ψ_m幅值恒定時，轉矩T_e與轉差頻率w_sl成正比。因此，可通過補償V/F曲線5來穩(wěn)定Ψ_m，通過轉差控制來調(diào)節(jié)電機轉矩。

本發(fā)明通過磁鏈幅值和轉矩的雙閉環(huán)對電機進行控制。磁鏈幅值控制中結合了V/F曲線5，因為要保持電機磁鏈恒定，逆變器輸出電壓必然在輸出頻率對應的V/F曲線5附近，因此，結合磁鏈幅值調(diào)節(jié)器補償V/F曲線5，不但可以使電機的磁鏈大致保持穩(wěn)定，更重要的是大大減少了穩(wěn)定磁鏈調(diào)節(jié)所需要的時間，進而改善了轉矩響應速度。而轉矩閉環(huán)后得到轉差頻率的給定值，通過加上電機實際速度，即可得到逆變器輸出頻率。

本發(fā)明除了利用磁鏈幅值調(diào)節(jié)器結合V/F曲線5大幅改善電機輸出轉矩響應速度以外，還通過磁鏈幅值調(diào)節(jié)器使用磁鏈幅值，而非矢量控制方式的解耦后的磁鏈值，大大降低了對電機參數(shù)的依賴性，控制性能較高；利用轉矩調(diào)節(jié)器1結合電機轉速實現(xiàn)電機轉差控制，使電機輸出轉矩波動小。

以上只是本發(fā)明的一種實施方式，一個優(yōu)選示范例。本發(fā)明申請請求保護的范圍并不只限于所述實施方式。凡與本實施例等效的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。