专利名称：具有转子电阻鲁棒性的感应电机矢量控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种感应电机转子磁场定向控制系统及方法，具体涉及一种具有转子电阻鲁棒性的感应电机矢量控制系统及方法。
背景技术：
感应电机由于其坚固耐用、维护量小等优点被广泛应用于各种领域，产生了很好的社会效益和经济效益。现代感应电机控制大多采用磁场定向控制。磁场定向控制包括转子磁场定向控制、定子磁场定向控制和气隙磁场定向控制。它实现了定子电流的励磁分量和转矩分量的解耦，从而提高了感应电机的动态响应和交流传动系统的性能。其中实现感应电机转子磁场定向控制的前提是实现转子磁场的准确定向，这需要准确计算感应电机的参数。感应电机转子磁场定向控制系统中电机参数一般采用通过参数整定获得。而感应电机在运行过程中，它的参数由于受到温度、磁场饱和等因素的影响会发生很大的变化，其中 转子电阻的变化最大，这严重的影响了转子磁场定向控制的性能
实用新型内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有转子电阻鲁棒性的感应电机矢量控制系统及方法，可以校准转子磁场定向，从而消除在运行过程中转子电阻变化对转子磁场定向控制性能的影响。为解决上述技术问题，本发明提供一种具有转子电阻鲁棒性的感应电机矢量控制系统，包括比较器，转速调节器，转矩电流计算器，转矩电流调节器，Park反变换器，空间矢量PWM逆变器，感应电机，磁链发生器，励磁电流调节器，Clarke变换器，Park变换器，转差角速度计算器，相位角计算器，无功功率修正器，无功功率调节器，转速测量器。转速调节器和转矩电流计算器相连，转矩电流计算器输出端和Park变换器输出端通过比较器与转矩电流调节器和Park反变换器相连；磁链发生器与转矩电流计算器和转差角速度计算器相连，并且磁链发生器输出端和Park变换器输出端通过比较器与励磁电流调节器和Park反变换器相连；Park反变换器通过空间矢量PWM逆变器与感应电机相连；在空间矢量PWM逆变器和感应电机之间接入Clarke变换器，且Clarke变换器和Park变换器相连；感应电机通过转速测量器与转速调节器输入端的比较器相连；转差角速度计算器输出端和转速测量器输出端通过比较器与相位角计算器相连；磁链发生器通过无功功率修正器与无功功率调节器相连，无功功率调节器输出端和相位角计算器输出端通过比较器与Park变换器和Park反变换器相连。上述的具有转子电阻鲁棒性的感应电机矢量控制系统中，磁链发生器包括函数发生器和励磁电流计算器。函数发生器与转速测量器相连，函数发生器输出端分别与转差角速度计算器和励磁电流计算器相连，励磁电流计算器与转矩电流计算器和无功功率修正器相连，并且励磁电流计算器输出端和Park变换器输出端通过励磁电流调节器与Park反变换器相连。上述的具有转子电阻鲁棒性的感应电机矢量控制系统中，无功功率修正器包括给定无功功率计算器和反馈无功功率计算器。给定无功功率计算器与磁链发生器相连，反馈无功功率计算器与转速测量器相连，给定无功功率计算器输出端与反馈无功功率计算器输出端通过比较器与无功功率调节器相连。本发明还提供了一种具有转子位置角无功功率修正的感应电机转子磁场定向控制方法，包括通过转速测量器测量转子电角速度；通过电流传感器得到A相电流ia和B相电流ib ；
将A相电流ia和B相电流ib通过Clarke变换和Park变换得到d、q轴反馈电流iSd 和 iSq ;将给定转子电角速度<与转子电角速度的差值进行比例积分转速调节运算得到给定转矩I;将转子电角速度通过磁链发生器得到转子磁链和d轴给定电流Ci ;利用给定转矩Γ:和d轴给定电流^计算得到q轴给定电流ζ ; 利用q轴给定电流ζ和转子磁链Ψr计算给定转差角速度;给定转差角速度U与转子电角速度之和为定向磁场电角速度，并对定向磁场电角速度进行积分得到相位角=}(^.+ω；；}//;利用d轴给定电流O计算给定无功功率Q* ;利用转子电角速度CO11计算反馈无功功率Q ；将给定无功功率Q*和反馈无功功率Q的差值进行比例积分无功功率调节运算得到转子位置角的修正项0s2，由此得到转子位置角为0s=0sl+0s2;将d、q轴给定电流与d、q轴反馈电流isd和isq进行比较，将其差值分别进行比例积分转矩电流调节运算和比例积分励磁电流调节运算得到d、q轴电压和 ζ，并将d、q轴电压和进行Park反变换得到α、β轴电压u h.利用空间矢量调制技术产生逆变器开关导通状态的PWM波形。上述的具有转子位置角无功功率校正的感应电机转子磁场定向控制方法中，给定无功功率ρ* =.其中Ls为定子电阻，σ为漏感系数。上述的具有转子位置角无功功率校正的感应电机转子磁场定向控制方法中，反馈无功功率 β = — Ujsp — (Ot GLs (4 + & )。上述的具有转子位置角无功功率校正的感应电机转子磁场定向控制方法中，d轴给定电流^ ，其中L111为电机互感。
m上述的具有转子位置角无功功率校正的感应电机转子磁场定向控制方法中，q轴给定电流ζ = KJ nd，其中Km为电机转矩系数。
上述的具有转子位置角无功功率校正的感应电机转子磁场定向控制方法中，给定
转差角速度
权利要求
1.一种具有转子电阻鲁棒性的感应电机矢量控制系统，包括比较器，转速调节器，转矩电流计算器，转矩电流调节器，Park反变换器，空间矢量PWM逆变器，感应电机，磁链发生器，励磁电流调节器，Clarke变换器，Park变换器，转差角速度计算器，相位角计算器，转速测量器； 转速调节器和转矩电流计算器相连，转矩电流计算器输出端和Park变换器输出端通过比较器与转矩电流调节器和Park反变换器相连； 磁链发生器与转矩电流计算器和转差角速度计算器相连，并且磁链发生器输出端和Park变换器输出端通过比较器与励磁电流调节器和Park反变换器相连； Park反变换器通过空间矢量PWM逆变器与感应电机相连； 在空间矢量PWM逆变器和感应电机之间接入Clarke变换器，且Clarke变换器和Park变换器相连； 感应电机通过转速测量器与转速调节器输入端的比较器相连； 转差角速度计算器输出端和转速测量器输出端通过比较器与相位角计算器相连； 其特征在于还包括无功功率修正器和无功功率调节器；磁链发生器与无功功率修正器与无功功率调节器相连，无功功率调节器输出端和积分器输出端通过比较器与Park变换器和Park反变换器相连。
2.根据权利要求I所述的具有转子电阻鲁棒性的感应电机矢量控制系统，其特征在于磁链发生器包括函数发生器和励磁电流计算器； 函数发生器与转速测量器相连，函数发生器输出端分别与转差角速度计算器和励磁电流计算器相连； 励磁电流计算器与转矩电流计算器和无功功率修正器相连，并且励磁电流计算器输出端和Park变换器输出端通过励磁电流调节器与Park反变换器相连。
3.根据权利要求I或2所述的具有转子电阻鲁棒性的感应电机矢量控制系统，其特征在于无功功率修正器包括给定无功功率计算器和反馈无功功率计算器； 给定无功功率计算器与磁链发生器相连，反馈无功功率计算器与转速测量器相连，给定无功功率计算器输出端与反馈无功功率计算器输出端通过比较器与无功功率调节器相连。
4.一种具有转子位置角无功功率校正的感应电机转子磁场定向控制方法，包括 通过转速测量器测量转子电角速度 通过电流传感器得到A相电流ia和B相电流ib ； 将A相电流ia和B相电流ib通过Clarke变换和Park变换得到d、q轴反馈电流isq和iSd ; 将给定转子电角速度4与转子电角速度的差值进行比例积分转速调节运算得到给定转矩 将转子电角速度通过磁链发生器得到转子磁链和d轴给定电流O; 利用给定转矩Γ:和d轴给定电流匕计算得到q轴给定电流ζ ； 利用q轴给定电流C3和转子磁链计算给定转差角速度;给定转差角速度与转子电角速度之和为定向磁场电角速度，并对定向磁场电角速度进行积分得到相位角0sl;利用d轴给定电流U计算给定无功功率Q* ； 利用转子电角速度计算反馈无功功率Q ； 将给定无功功率Q*和反馈无功功率Q的差值进行比例积分无功功率调节运算得到转子位置角的修正项Θ s2，并计算得到转子位置角为Θ s= Θ sl+ Θ s2 ； 将d、q轴给定电流纟二和ζ与d、q轴反馈电流isd和isq进行比较，将其差值分别进行比例积分转矩电流调节运算和比例积分励磁电流调节运算得到d、q轴电压《=和《4，并将d、q轴电压和*4进行Park反变换得到α、β轴电压，利用空间矢量调制技术产生逆变器开关导通状态的PWM波形。
5.根据权利要求4所述的具有转子位置角无功功率校正的感应电机转子磁场定向控制方法，其特征在于给定无功功率0 = 0,/.尤,.2-0, ;:,其中1^为定子电阻，σ为漏感系数。
6.根据权利要求4所述的具有转子位置角无功功率校正的感应电机转子磁场定向控制方法，其特征在于反馈无功功率0 = w5yM -UsJsj3-ωΓσ13^β + )，其中Ls为定子电阻，σ为漏感系数。
7.根据权利要求4所述的具有转子位置角无功功率校正的感应电机转子磁场定向控制方法，其特征在于 d轴给定电流U = ，q轴给定电流f =KT* Ii1 ； 其中Lni为电机互感，Km为电机转矩系数。
8.根据权利要求4所述的具有转子位置角无功功率校正的感应电机转子磁场定向控j j·、'制方法，其特征在于给定转差角速度>，其中I；为转子时间常数。FrWr
9.根据权利要求4所述的具有转子位置角无功功率校正的感应电机转子磁场定向控制方法，其特征在于 η Λ Γ cos ft sin ft IPark反变换为Γ = . I ； sq ; 」L—sm《cos^JK/. I [2Γ1 -1/2 -1/2 Il-4 clarke 变换为 ο Sn -Sn ^ ; isd~] 「cos氏 sinITim Park变换为广=.； ；■。LzsJ L—smA cos6ULv
10.根据权利要求4所述的具有转子位置角无功功率校正的感应电机转子磁场定向控制方法，其特征在于比例积分转速调节运算、比例积分转矩电流调节运算、比例积分励磁电流调节运算和比例积分无功功率调节运算的表达式通式为HO = Kpe(t) + 其中 Kp为比例调节系数，K1为积分调节系数， e(t)分别为给定转子电角速度< 与转子电角速度的差值、d轴给定电流^与d轴反馈电流isd的差值、Q轴ζ与q轴反馈电流isq的差值和给定无功功率Q*与反馈无功功率Q的差值， u(t)为分别为给定转矩;C、d轴电圧^ q轴电圧％和转子位置角的修正项0s2。
全文摘要
本发明公开了一种具有转子电阻鲁棒性的感应电机矢量控制系统及方法。所述控制系统包括无功功率修正器和无功功率调节器；磁链发生器通过无功功率修正器与无功功率调节器相连，无功功率调节器输出端和积分器输出端通过比较器与Park变换器和Park反变换器相连。控制方法包括利用d轴给定电流计算给定无功功率Q*；利用转子电角速度ωr计算反馈无功功率Q；将给定无功功率Q*和反馈无功功率Q的差值进行比例积分无功功率调节运算得到转子位置角的修正项θs2，并计算得到转子位置角为θs=θs1+θs2。本发明可以校准转子磁场定向，从而消除在运行过程中转子电阻变化对转子磁场定向控制性能的影响。
文档编号H02P21/10GK102868352SQ201210387480
公开日2013年1月9日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年10月12日
发明者罗庆林, 罗自然 申请人:三弘重工科技有限公司