本發(fā)明涉及大功率變頻交流調(diào)速技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于iegt的雙繞組大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方法。

背景技術(shù)：

中壓變頻技術(shù)通過提高調(diào)速電機(jī)的電壓等級(jí)來實(shí)現(xiàn)大功率傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大功率的另一個(gè)途徑是多相電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)三相電機(jī)系統(tǒng)相比，多相電機(jī)在大功率高可靠性場合有突出的優(yōu)勢，使其更適合艦船電力推進(jìn)、軌道交通、航空航天、風(fēng)洞試驗(yàn)場等領(lǐng)域。像風(fēng)洞試驗(yàn)等場合對(duì)試驗(yàn)段的風(fēng)速有嚴(yán)苛的控制要求，要求風(fēng)速調(diào)節(jié)范圍寬，精度指標(biāo)高，調(diào)節(jié)速度快，風(fēng)洞流場控制系統(tǒng)是通過變頻器控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，所以對(duì)變頻器控制性能提出了更高的要求。

雙繞組電機(jī)繞組之間參數(shù)的不一致會(huì)引起兩套繞組電流的不平衡性，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致一套繞組長期運(yùn)行在高負(fù)荷情況，另一套繞組則工作在輕負(fù)荷情況，一方面限制了電機(jī)帶載能力，另一方面影響著電機(jī)的使用壽命，無法滿足高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制要求。

目前雙繞組電機(jī)控制主要采用雙d、q(或雙m、t)軸電流獨(dú)立控制，兩套繞組的d軸(或t軸)電流分別跟蹤轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)調(diào)節(jié)輸出，兩套繞組的q軸(或m軸)電流分別跟蹤共同的參考值，以達(dá)到雙繞組電流平衡。理論上電機(jī)兩套繞組在電氣參數(shù)方面完全一致，實(shí)際上電機(jī)兩套繞組存在一定差異性，以及兩套繞組之間的感抗也存在一定的耦合，原本兩套繞組互相獨(dú)立的d(或q)軸電流控制調(diào)節(jié)器之間引入了耦合，引起實(shí)際中的雙d、q軸電流獨(dú)立控制的pi調(diào)節(jié)器參數(shù)整定帶來一定的困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于iegt的雙繞組大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方法，能夠解決大功率雙繞組電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩套繞組電流不均衡問題，以及雙繞組m、t軸電流獨(dú)立控制時(shí)的pi調(diào)節(jié)器參數(shù)整定困難問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于iegt的雙繞組大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

步驟一、由電流檢測和轉(zhuǎn)速檢測得到兩套繞組六相電流信息isa1、isb1、isc1、isa2、isb2、isc2、轉(zhuǎn)速ωf和轉(zhuǎn)子位置角λ，經(jīng)磁鏈觀測器得到磁鏈ψδ和磁鏈位置角θ信息；

步驟二、根據(jù)設(shè)定的轉(zhuǎn)速值ωref和檢測的反饋轉(zhuǎn)速值ωf對(duì)轉(zhuǎn)速環(huán)的自抗擾控制進(jìn)行計(jì)算，得到雙繞組t軸電流平均值的參考值ist_mean_ref；

步驟三、磁鏈環(huán)經(jīng)p調(diào)節(jié)器計(jì)算出m軸電流平均值的參考值ism_mean_ref和經(jīng)pi調(diào)節(jié)器計(jì)算出勵(lì)磁電流參考值ifdref1，其中勵(lì)磁電流參考值傳至勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行pi調(diào)節(jié)，輸出勵(lì)磁電壓ufd；

步驟四、將t軸電流差值調(diào)節(jié)器和m軸電流差值調(diào)節(jié)器的參考值設(shè)為0；

步驟五、將電流檢測得到的雙繞組六相電流經(jīng)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系換算出兩套繞組各自的m軸電流ism1、ism2和t軸電流ist1、ist2；

步驟六、計(jì)算出兩套繞組m軸和t軸電流各自的平均值和差值：

t軸電流平均值計(jì)算為ist_mean＝(ist1+ist2)*0.5

m軸電流平均值計(jì)算為ism_mean＝(ism1+ism2)*0.5

t軸電流差值計(jì)算為ist_dif＝ist1-ist2

m軸電流差值計(jì)算為ism_dif＝ism1-ism2；

步驟七、將兩套繞組t軸和m軸電流的平均值和差值作為反饋值，分別與步驟二、步驟三和步驟四給出的t軸電流和m軸電流平均值的參考值、t軸電流和m軸電流差值的參考值做差值運(yùn)算，經(jīng)4路pi調(diào)節(jié)器分別計(jì)算出兩套繞組的t軸、m軸電流平均值經(jīng)pi閉環(huán)調(diào)節(jié)輸出值ist_mean_piout、ism_mean_piout和兩套繞組的t軸、m軸電流差值經(jīng)pi閉環(huán)調(diào)節(jié)輸出值ist_dif_piout、ism_dif_piout；

步驟八、基于電壓前饋的雙繞組mt軸電流平均值控制和差值控制生成的m、t軸下的兩套繞組參考電壓矢量的幅值可表示為：

其中：umdc1、utdc1、umdc2、utdc2為兩套繞組的m、t軸電壓前饋量；

步驟九、經(jīng)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系逆變換得到六相參考電壓矢量usa1、usb1、usc1、usa2、usb2、usc2，采用九電平移相載波調(diào)制算法，得到雙繞組電機(jī)所需的六相電壓。

所述的步驟二中的轉(zhuǎn)速環(huán)采用自抗擾控制(adrc)，使得雙繞組電機(jī)轉(zhuǎn)速控制具有無超調(diào)、抗擾能力強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)，轉(zhuǎn)速環(huán)自抗擾控制器中省略了傳統(tǒng)自抗擾控制中的td環(huán)節(jié)。

所述的步驟八中的兩套繞組的mt軸電壓前饋量umdc1、utdc1、umdc2、utdc2計(jì)算方法為：

式中rs為定子繞組電阻，lsl為定子漏感，ω為轉(zhuǎn)子角速度，ψ為氣隙磁鏈。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明提出的一種基于iegt的雙繞組大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方法，不同于雙m、t軸電流環(huán)獨(dú)立控制，引入了兩套繞組的電流平均值控制和差值控制。首先，通過整定電流環(huán)差值pi調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使得兩套繞組之間的電流差值盡可能小，保證了兩套繞組的一致性(或同步性)；再次，整定電流環(huán)平均值pi調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使得兩套繞組的平均電流對(duì)給定值的跟蹤。

2、本發(fā)明提出的一種基于iegt的雙繞組大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方法，采用雙繞組mt軸電流平均值和差值控制，對(duì)雙繞組電流不平衡性進(jìn)行直接抑制，可以避免兩套繞組參數(shù)不一致帶來的電流、電壓不平衡的問題，為雙繞組電機(jī)控制提供了一種新的思路。

3、本發(fā)明提出的一種基于iegt的雙繞組大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方法，在雙繞組的m軸和t軸的參考電壓的計(jì)算中分別引入電壓前饋，抵消了電動(dòng)勢在m軸和t軸之間的相互耦合。

4、本發(fā)明提出的一種基于iegt的雙繞組大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方法，雙繞組電機(jī)可以運(yùn)行在全速、全載，全速、半載，半速、半載，超速、全載等模式，提高了系統(tǒng)的可靠性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的轉(zhuǎn)速環(huán)自抗擾控制結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的雙繞組m軸電流平均值和差值控制結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的雙繞組t軸電流平均值和差值控制結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：圖3和圖4中各部件的標(biāo)記如下：

1、ist1、ist1—繞組1和繞組2對(duì)應(yīng)的t軸電流；

2、ism1、ism2—繞組1和繞組2對(duì)應(yīng)的m軸電流；

3、ist_mean_ref、ist_mean—兩套繞組t軸電流平均值的參考值和計(jì)算值；

4、ism_mean_ref、ism_mean—兩套繞組m軸電流平均值的參考值和計(jì)算值；

5、ist_dif—兩套繞組t軸電流的差值；

6、ism_dif—兩套繞組m軸電流的差值；

7、usm1_ref、ust1_ref—繞組1的m軸和t軸參考電壓矢量的幅值；

8、usm2_ref、ust2_ref—繞組2的m軸和t軸參考電壓矢量的幅值；

9、umdc1、utdc1—繞組1的m軸和t軸電壓前饋值；

10、umdc2、utdc2—繞組2的m軸和t軸電壓前饋值；

11、ist_mean_piout—兩套繞組的t軸電流平均值經(jīng)pi閉環(huán)調(diào)節(jié)輸出值；

12、ism_mean_piout—兩套繞組的m軸電流平均值經(jīng)pi閉環(huán)調(diào)節(jié)輸出值；

13、ist_dif_piout—兩套繞組的t軸電流差值經(jīng)pi閉環(huán)調(diào)節(jié)輸出值；

14、ism_dif_piout—兩套繞組的m軸電流差值經(jīng)pi閉環(huán)調(diào)節(jié)輸出值。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1-4所示，一種基于iegt的雙繞組大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

步驟一、由電流檢測和轉(zhuǎn)速檢測得到兩套繞組六相電流信息isa1、isb1、isc1、isa2、isb2、isc2、轉(zhuǎn)速ωf和轉(zhuǎn)子位置角λ，經(jīng)磁鏈觀測器得到磁鏈ψδ和磁鏈位置角θ信息；

步驟二、根據(jù)設(shè)定的轉(zhuǎn)速值ωref和檢測的反饋轉(zhuǎn)速值ωf對(duì)轉(zhuǎn)速環(huán)的自抗擾控制進(jìn)行計(jì)算，得到雙繞組t軸電流平均值的參考值ist_mean_ref；

步驟三、磁鏈環(huán)經(jīng)p調(diào)節(jié)器計(jì)算出m軸電流平均值的參考值ism_mean_ref和經(jīng)pi調(diào)節(jié)器計(jì)算出勵(lì)磁電流參考值ifdref1，其中勵(lì)磁電流參考值傳至勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行pi調(diào)節(jié)，輸出勵(lì)磁電壓ufd；

步驟四、將t軸電流差值調(diào)節(jié)器和m軸電流差值調(diào)節(jié)器的參考值設(shè)為0；

步驟五、將電流檢測得到的雙繞組六相電流經(jīng)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系換算出兩套繞組各自的m軸電流ism1、ism2和t軸電流ist1、ist2；

步驟六、計(jì)算出兩套繞組m軸和t軸電流各自的平均值和差值：

t軸電流平均值計(jì)算為ist_mean＝(ist1+ist2)*0.5

m軸電流平均值計(jì)算為ism_mean＝(ism1+ism2)*0.5

t軸電流差值計(jì)算為ist_dif＝ist1-ist2

m軸電流差值計(jì)算為ism_dif＝ism1-ism2；

步驟七、將兩套繞組t軸和m軸電流的平均值和差值作為反饋值，分別與步驟二、步驟三和步驟四給出的t軸電流和m軸電流平均值的參考值、t軸電流和m軸電流差值的參考值做差值運(yùn)算，經(jīng)4路pi調(diào)節(jié)器分別計(jì)算出兩套繞組的t軸、m軸電流平均值經(jīng)pi閉環(huán)調(diào)節(jié)輸出值ist_mean_piout、ism_mean_piout和兩套繞組的t軸、m軸電流差值經(jīng)pi閉環(huán)調(diào)節(jié)輸出值ist_dif_piout、ism_dif_piout；

步驟八、基于電壓前饋的雙繞組mt軸電流平均值控制和差值控制生成的m、t軸下的兩套繞組參考電壓矢量的幅值；

步驟九、經(jīng)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系逆變換得到六相參考電壓矢量usa1、usb1、usc1、usa2、usb2、usc2，采用九電平移相載波調(diào)制算法，得到雙繞組電機(jī)所需的六相電壓。

如圖2所示，所述的步驟二中的轉(zhuǎn)速環(huán)采用自抗擾控制(adrc)，使得雙繞組電機(jī)轉(zhuǎn)速控制具有無超調(diào)、抗擾能力強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)，轉(zhuǎn)速環(huán)自抗擾控制器中省略了傳統(tǒng)自抗擾控制中的td環(huán)節(jié)。

所述的步驟八中的兩套繞組參考電壓矢量的幅值的具體計(jì)算方法為：

在氣隙磁場定向理論得到雙繞組電機(jī)在mt軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓方程如式(1)所示：

式中rs為定子繞組電阻，lsl為定子漏感，ω為轉(zhuǎn)子角速度，ψ為氣隙磁鏈。

在雙繞組電流環(huán)中的m軸和t軸的給定電壓上分別引入電壓前饋，抵消了電動(dòng)勢在m軸和t軸之間的相互耦合，圖3和圖4中的電壓前饋量umdc1、utdc1、umdc2、utdc2，如式(2)所示：

將公式(2)和公式(3)一同代入公式(1)，公式(1)可以整理為：

基于公式(4)可以得到基于電壓前饋的雙m、t軸電流環(huán)獨(dú)立控制，即：

式中：

1、usm1_ref、ust1_ref—繞組1的m軸和t軸參考電壓矢量的幅值；

2、usm2_ref、ust2_ref—繞組2的m軸和t軸參考電壓矢量的幅值；

3、ism1_piout、ist1_piout—繞組1的m軸和t軸電流環(huán)pi調(diào)節(jié)器輸出；

4、ism2_piout、ist2_piout—繞組2的m軸和t軸電流環(huán)pi調(diào)節(jié)器輸出。

不同于雙m、t軸電流環(huán)獨(dú)立控制，本發(fā)明的基于iegt的雙繞組大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方法，引入了兩套繞組的電流平均值控制和差值控制。首先，通過整定電流環(huán)差值pi調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使得兩套繞組之間的電流差值盡可能小，保證了兩套繞組的一致性(或同步性)；再次，整定電流環(huán)平均值pi調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使得兩套繞組的平均電流對(duì)給定值的跟蹤。

如公式(6)，及參照圖3和圖4所示，基于電壓前饋的雙繞組mt軸電流平均值控制和差值控制生成的m、t軸下的兩套繞組參考電壓矢量的幅值可表示為：

在本發(fā)明中，采用雙繞組mt軸電流平均值和差值控制，對(duì)雙繞組電流不平衡性進(jìn)行直接抑制，可以避免兩套繞組參數(shù)不一致帶來的電流、電壓不平衡的問題，為雙繞組電機(jī)控制提供了一種新的思路。

以上實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述的實(shí)施例。上述實(shí)施例中所用方法如無特別說明均為常規(guī)方法。