感应电机的转差频率控制方法及装置与流程

本发明涉及感应电机的控制，具体为感应电机的转差频率控制方法及装置。

背景技术：

图1所示，为感应电机传统的转差频率控制方法。控制系统所需的转速信号分别由编码器得到，ω*为给定转速，ωr为反馈回来的转子转速，ω*与ωr之差作为转速调节器asr的输入，经过转速调节器asr的pi调节控制后输出为转差频率ωs*。将ωs*与ωr之和作为定子频率ω1，一方面定子频率ω1送入脉宽调制模块(空间矢量脉宽调制模块svpwm，或者正弦脉宽调制模块spwm)通过旋转角度计算得到转子位置角θ，另一方面定子频率ω1经过vf曲线模块得到调制比m。最后通过脉宽调制模块pwm输出六路pwm信号供给逆变器工作，逆变器输出将直流母线电压udc以pwm波的形式将电压施加到感应电机上。

感应电机的转速调节归根到底为对电磁转矩的调节，恒磁通控制方式下的转矩公式可写为：

其中，lr、rr为转子电阻和转子电感，np为感应电机极对数，ω1为磁场同步旋转角速度ω1＝2πf1，f1为同步频率，s为转差率。

进一步，将e1＝4.44f1﹒ns﹒kns﹒ψm代入上式可得：

其中，ns为电机相绕组匝数，kns为电机绕组常数，ψm为电机主磁通。

进一步，令ωs＝sω1，c＝1.5np(ns﹒kns﹒ψm)²，现对转矩表达式进行求导，令其结果等于零，即：

进一步，求解可以得到最大启动转矩对应的转差频率ωsmax，即：

当ωs满足此条件时，电机具有最大启动转矩。当ωs<ωsmax时，电磁转矩te与转差频率ωs成正比关系；当ωs>ωsmax时，为了保证启动转矩不超过感应电机设计最大值，转差频率ωs被限幅为ωsmax。

图1所示的感应电机转差频率控制方法存在低速启动时输出转矩不足的缺点。

技术实现要素：

本发明解决现有的感应电机转差频率控制方法低速启动时输出转矩不足的问题，提供一种感应电机的转差频率控制方法及装置。该控制方法及装置可实现感应电机最大转矩启动。

本发明是采用如下技术方案实现的：感应电机的转差频率控制方法，包括给定一个给定转速ω*，采集反馈回来的转子转速ωr，给定转速ω*与反馈回来的转子转速ωr之差作为转速控制器的输入，经过转速控制器的调节控制后输出转差频率ωs*；将转差频率ωs*与反馈回来的转子转速ωr之和作为定子频率ω1，一方面定子频率ω1送入脉宽调制模块pwm，另一方面定子频率ω1经过vf曲线模块得到调制比m(并送入脉宽调制模块pwm)；最后通过脉宽调制模块pwm输出六路pwm信号供给逆变器工作；所述的转速控制器采用免疫控制器。

免疫控制器至少在以下两篇文献中有详细的介绍：1、《免疫pid控制器在汽温控制系统中的应用研究》，中国电机工程学报，第22卷第10期，2002年10月，谈英姿等。2、《免疫内模控制及其在过热汽温系统的应用》，电力自动化设备，第30卷第9期，2010年9月，袁桂丽等。

公知，免疫控制器的输入输出满足：u(k)＝kpe(k)；其中，e(k)代表第k个采样时刻的输入，u(k)代表第k个采样时刻的输出，kp为调节系数；kp＝k[1-μg(δu(k))]，k＝k1为增益，μ为控制稳定效果参数，g(·)为一选定的非线性函数，取：g(δu)＝1-exp(-δu²/b)，采集免疫控制器输出端的转差频率值，用前一采样时刻的输出值减去本采样时刻的输出值，得到的差值作为g(δu)的输入；至少上述两篇文献已清楚介绍了如何确定kp。针对本发明所述的控制方法或装置，免疫控制器的输入输出满足：

其中，ωs^*为免疫控制器输出值，ω^*为给定转速值，ωr为反馈转速值，kp是由免疫算法得到的一个调节系数。可以通过控制kp来实现最大转矩启动。根据实际需要，通过选定kp中的两个参数，即增益k1，控制稳定效果参数μ即可确定启动时的最大转矩值。通过常规的试验手段，本领域技术人员也容易确定增益k1、控制稳定效果参数μ与最大启动转矩之间的对应关系。

感应电机的转差频率控制装置，包括转速控制器、vf曲线模块、脉宽调制模块pwm、逆变器；所述的转速控制器为免疫控制器。

本发明为解决感应电机转差频率控制方法低速启动时输出转矩不足的问题，首次将免疫控制器用于感应电机转差控制领域，这是电机转差控制领域的技术人员不容易想到的。利用免疫算法通过控制调节系数kp保证了系统以最大转差频率启动，从而保证了电机以最大转矩启动。本发明结构简单、稳定性高；控制方法参数实时调节方便，不需要大量的计算就能完成。有效解决了现有技术存在的低速启动时输出转矩不足的问题。

附图说明

图1为传统的感应电机转差频率控制方法的控制框图；

图2为本发明所述的感应电机转差频率控制方法的控制框图。

具体实施方式

感应电机的转差频率控制方法，包括给定一个给定转速ω*，采集反馈回来的转子转速ωr，给定转速ω*与反馈回来的转子转速ωr之差作为转速控制器的输入，经过转速控制器的调节控制后输出转差频率ωs*；将转差频率ωs*与反馈回来的转子转速ωr之和作为定子频率ω1，一方面定子频率ω1送入脉宽调制模块pwm，另一方面定子频率ω1经过vf曲线模块得到调制比m；最后通过脉宽调制模块pwm输出六路pwm信号供给逆变器工作；所述的转速控制器采用免疫控制器。

感应电机的转差频率控制装置，包括转速控制器、vf曲线模块、脉宽调制模块pwm、逆变器；所述的转速控制器为免疫控制器。所述的脉宽调制模块pwm为空间矢量脉宽调制模块svpwm。