一种恒转矩或恒功率控制时的避免电机共振的运算控制方法与流程

文档序号:24688366发布日期:2021-04-16 10:44阅读:299来源:国知局
一种恒转矩或恒功率控制时的避免电机共振的运算控制方法与流程

本发明涉及恒转矩或恒功率控制时的避免电机共振的运算控制技术领域,具体为一种恒转矩或恒功率控制时的避免电机共振的运算控制方法。



背景技术:

通常,驱动器(也被称为变频器、逆变器或者驱动装置等,下文统一称呼为驱动器)驱动电机时,必须按照最终系统工程的要求进行电机的控制。例如,控制电机速度的被称为恒转速控制方式,这是比较通用的控制方法。也有以控制电机输出转矩为目的的,被称为恒转矩控制方式,或者以控制电机输入输出功率为目的的,被称为恒功率控制方式。另一方面,电机和负载在高速旋转时,由于设计或制造原因,经常性地在某个转速区域下存在着共振点。系统共振点的存在,造成电机和负载运行在共振点所对应的转速区域时,会产生强烈的振动或者噪音。为了解决电机的共振和噪音问题,通常在电机设计和制造时采用改变电机定转子结构设计、修改电机的齿槽配合、定子或转子进行斜槽处理、增加减震措施、校正转子同心度等等各种措施,尽可能的在源头上消除电机和系统的共振点,或者使电机的共振点远离系统运行的工作区域。但是,由于驱动器在驱动电机时宽广的可变速运行范围,使得电机很难完全避开共振点。因此,驱动器控制电机运行时,在共振点所对应的转速区域时必须采取相应措施。

业界有论文报告,当电机工作在共振点所对应的转速区域时,驱动器通过将高次谐波频率电流注入到电机正常运行相电流中的手法,使得电机的振动频率转移,避免电机和负载的共振。但是,这种方法首先在工程上需要超高速运算速度的硬件控制手段和软件编程手段,代价相当高;同时,相电流中混入高次谐波电流后将很容易干扰到正常的电机运行控制,例如高次谐波电流可能干扰到无位置传感器FOC的电流采样和位置推测算法,进而打乱整个系统的运行控制机制,造成电机运行时跳保护;而且更为重要的是,这种做法与电机和负载的机械结构有关,实际上并不能解决所有电机的共振噪音问题。

因此,一般而言,在工程上较为常见和实用的方法是避免电机运行在共振点所对应的转速区域。例如,驱动器使用恒转速控制方式时,预先测试得到电机和负载系统共振点所对应的共振频率区域,然后在设置电机转速指令时,避开上述共振频率区域,即可简单地达到解决电机的共振噪音的目的。

但是,当驱动器在恒转矩控制方式或者恒功率控制方式驱动电机时,由于电机的运行指令值是电机的输出转矩或者输入输出功率,在这两种控制方式下,电机的实际转速同时受到指令值和负载的转矩-速度特性的影响。这里,用一个驱动器以恒转矩控制方式驱动电机,电机的负载是水泵作为例子。此时,驱动器工作在恒转矩控制方式,电机输出一个与转速无关的恒定转矩,而水泵的负载转矩与速度呈如图4所示的曲线①的关系,所以电机拖动水泵的速度稳定在曲线①和电机输出转矩的交点1上。在水泵管道的阀门改变时,水泵的转矩-速度特性曲线随之改变,由曲线①变成曲线②。如果电机输出转矩不变时,电机拖动水泵的速度变成曲线②和电机输出转矩的交点2,电机速度发生了较大的变化。反过来,阀门不变而电机输出转矩发生变化时,电机转速也会发生变化。很明显,这个应用例表明,在恒转矩控制方式下电机的输出转矩受控,但电机速度是不受控的。同样,恒功率控制方式时,尽管电机的输出功率受控,但电机速度也是不受控的。

因此,在上述两种控制方式下,无法简单的通过设置转速指令值避开共振频率区域的办法来解决电机的共振噪音。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种恒转矩或恒功率控制时的避免电机共振的运算控制方法,以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

一种恒转矩或恒功率控制时的避免电机共振的运算控制方法,具体步骤包括以下:

S1:首先针对电机以及负载,测试出系统的共振频率区域,并将共振频率中心值标记为共振频率f0,同时测试得到以共振频率f0为中心的共振频率带宽Δf,然后将共振频率划分为共振频率低段区域(f0-Δf)至f0,以及共振频率高段区域f0至(f0+Δf),最后,在此基础上,设置一个较小数值的滞环频率fhys,并设置共振频率低段滞环区域(f0-Δf-fhys)至(f0-Δf),和共振频率高段滞环区域(f0+Δf)至(f0+Δf+fhys);

同时驱动器在恒转矩控制方式或者恒功率控制方式驱动电机时,由于负载大小不定,时刻监视当前电机的旋转频率。

S2:当电机旋转频率进入共振频率f0到(f0-Δf-fhys)这个区间内,在指令转矩或者指令功率值的基础上叠加一个微小的负数的扰动值;如果电机旋转频率进入共振频率f0到(f0+Δf+fhys)这个区间内,在指令转矩或者指令功率值的基础上叠加一个微小的正数的扰动值,同时记录当前转矩指令值为T0*或当前功率指令值P0*

此时,如果驱动器运行在恒转矩控制方式,则扰动值为相当于微小转矩变化的ΔT;而驱动器运行在恒功率控制方式时扰动值为相当于微小功率变化值的ΔP;

S3:开启计时器,监控在电机在共振频率低段区域(f0-Δf)至f0,或者在共振频率高段区域f0至(f0+Δf)的运行时间,如果电机旋转频率在共振频率低段滞环区域(f0-Δf-fhy)至(f0-Δf),或者共振频率高段滞环区域(f0+Δf)至(f0+Δf+fhys)时,则计时器不计数;

此时当指令转矩值远远大于当前负载转矩时,电机将快速加速,运行频率快速上升通过共振频率区域;反过来也是如此,指令转矩值远远小于当前负载转矩时,电机将快速减速,运行频率快速下降通过共振频率区域,这种情况下,控制逻辑返回S2即可。

S4:重新检测电机运行频率,如果小于频率(f0-Δf-fhys)或者高于频率(f0+Δf+fhys),属于正常运行状态,清除扰动值,返回S2,否则进入S5;

S5:如果计时器没有超过预先设定的阈值,则返回S3继续监控,如果计时器超过预先设定的阈值,则表明电机一直运行在共振频率区域内,即使预先叠加了扰动值,这台电机和负载的匹配仍然使得电机转速运行在共振点附近,即扰动值不足以电机的旋转频率脱离共振频率区域,此时进入下一步骤;

此时,接下来调整电机转速的一种方法是增加扰动值使得电机的频率脱离共振频率区域,并将方法在下面S6a,S7a中进行描述;

另外一种方法则是切换驱动器控制方式至恒转速控制方式,然后在设置运行指令频率时避开共振频率区域,并将这种方法用步骤S6b,S7b来进行描述;

优选的,所述S1中的共振频率低段和高段区域为共振区,其中电机必须避免在共振区中长时间运行,共振频率低段滞环区域和共振频率高段滞环区域为驱动器控制逻辑准备。

优选的,所述S5中接下来调整电机转速的一种方法是增加扰动值使得电机的频率脱离共振频率区域,并将方法在下面S6a,S7a中进行描述步骤具体如下:

S6a:恒转矩方式时增加扰动值大小至K*ΔT;恒功率控制方式时增加扰动值大小至K*ΔP,随着计时器超时次数的增加而不断增加;

S7a:如果扰动值K*ΔT或者K*ΔP大于事先设定的阈值,则意味着负载大小发生了变化,此时清除扰动值和计时器值,返回S2重新开始,如果扰动值在正常范围内,则返回S4;

优选的,所述S6a、S7a中的K为倍率。同时,在上述控制流程之外,另外单独设置一个与上面所述的控制流程并行运行的定时处理流程。这个定时处理可以使用CPU的时钟中断,定时时间可根据具体需求设为1~20msec。在这个定时处理的逻辑中,需要定时完成采样指令信号,并将信号转换成转矩指令值或功率指令值。同时,计算出转矩指令值或功率指令值的变化值。当转矩指令值或功率指令值的变化值超过先设定的阈值时,其中阈值可以与S7a中的阈值相同,也可单独设置,则需要将处于S2~S7a中的处理过程转移至S2上。

优选的,所述S5中另外一种方法则是切换驱动器控制方式至恒转速控制方式,然后在设置运行指令频率时避开共振频率区域,并将这种方法用S6b,S7b来进行描述具体步骤如下:

S6b:切换驱动器控制方式至恒转速控制方式,当电机运行在共振频率低段区域时,设置运行指令频率为(f0-Δf);电机运行在共振频率高段区域时,则设置运行指令频率为(f0+Δf)),一旦设置运行指令频率,则电机转速必然会避开共振频率区域;

S7b:在驱动器使用恒转速控制方式控制电机转速时,随时计算电机输出转矩或者输出功率值,同时计算出指令转矩值与电机输出转矩计算值的差值,或者计算出指令功率值与电机输出功率计算值的差值;当差值大于事先设定的阈值,则意味着负载大小发生了变化,此时切换驱动器控制方式回到恒转矩控制方式或者恒功率控制方式,从S2重新开始。如果差值在正常范围内,保持处理逻辑在本步骤上。

同时,在上述控制流程之外,另外单独设置一个与上面所述的控制流程并行运行的定时处理流程。这个定时处理可以使用CPU的时钟中断,定时时间可根据具体需求设为1~20msec。在这个定时处理的逻辑中,需要定时完成采样指令信号,并将信号转换成转矩指令值或功率指令值。同时,计算出转矩指令值或功率指令值的变化值。当转矩指令值或功率指令值的变化值超过先设定的阈值时,则需要将处于S2~S7b中的处理过程转移至S2上。特别的,在将S6b和S7b处理过程转移到S2时,需要将驱动器控制方式从恒转速控制方式切换回原先的恒转矩控制方式或恒功率控制方式。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:

1、本发明中,通过采用恒转矩控制方式或者恒功率控制方式的电机驱动系统,按照本发明的运行控制逻辑,可以避免电机长时间运行在共振频率区域,达到了防止电机共振噪音的目的,解决了通常恒转矩控制方式或者恒功率控制方式工作的驱动器无法避开共振点的问题。

2、本发明中,通过采用的运算控制逻辑,在上位机或者外部指令值发生变化时,或者负载发生变化时,可以随时调整驱动器的运行状态,避开共振频率区域。

3、本发明中,通过切换控制方式至恒转速控制的方法,能够精确的避开电机的共振频率区域,同时,通过监控内部指令值与电机输出计算值的差值,当差值大于预先设定的阈值时及时切换回原先的控制模式的方法,可以动态地对应指令值或者负载变化的复杂工况。

附图说明

图1为本发明扰动法避免共振流程图结构示意图;

图2为本发明模式切换法避免共振流程图结构示意图;

图3为本发明定时处理流程结构示意图;

图4为本发明负载转矩-转速曲线结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4,本发明提供一种技术方案:

一种恒转矩或恒功率控制时的避免电机共振的运算控制方法,具体步骤包括以下:

S1:首先针对电机以及负载,测试出系统的共振频率区域,并将共振频率中心值标记为共振频率f0,同时测试得到以共振频率f0为中心的共振频率带宽Δf,然后将共振频率划分为共振频率低段区域(f0-Δf)至f0,以及共振频率高段区域f0至(f0+Δf),最后,在此基础上,设置一个较小数值的滞环频率fhys,并设置共振频率低段滞环区域(f0-Δf-fhys)至(f0-Δf),和共振频率高段滞环区域(f0+Δf)至(f0+Δf+fhys);

同时驱动器在恒转矩控制方式或者恒功率控制方式驱动电机时,由于负载大小不定,时刻监视当前电机的旋转频率。

S2:当电机旋转频率进入共振频率f0到(f0-Δf-fhys)这个区间内,在指令转矩或者指令功率值的基础上叠加一个微小的负数的扰动值;如果电机旋转频率进入共振频率f0到(f0+Δf+fhys)这个区间内,在指令转矩或者指令功率值的基础上叠加一个微小的正数的扰动值,同时记录当前转矩指令值为T0*或当前功率指令值P0*

此时,如果驱动器运行在恒转矩控制方式,则扰动值为相当于微小转矩变化的ΔT;而驱动器运行在恒功率控制方式时扰动值为相当于微小功率变化值的ΔP;

S3:开启计时器,监控在电机在共振频率低段区域(f0-Δf)至f0,或者在共振频率高段区域f0至(f0+Δf)的运行时间,如果电机旋转频率在共振频率低段滞环区域(f0-Δf-fhy)至(f0-Δf),或者共振频率高段滞环区域(f0+Δf)至(f0+Δf+fhys)时,则计时器不计数;

此时当指令转矩值远远大于当前负载转矩时,电机将快速加速,运行频率快速上升通过共振频率区域;反过来也是如此,指令转矩值远远小于当前负载转矩时,电机将快速减速,运行频率快速下降通过共振频率区域,这种情况下,控制逻辑返回S2即可。

S4:重新检测电机运行频率,如果小于频率(f0-Δf-fhys)或者高于频率(f0+Δf+fhys),属于正常运行状态,清除扰动值,返回S2,否则进入S5;

S5:如果计时器没有超过预先设定的阈值,则返回S3继续监控,如果计时器超过预先设定的阈值,则表明电机一直运行在共振频率区域内,即使预先叠加了扰动值,这台电机和负载的匹配仍然使得电机转速运行在共振点附近,即扰动值不足以电机的旋转频率脱离共振频率区域,此时进入下一步骤;

此时,接下来调整电机转速的一种方法是增加扰动值使得电机的频率脱离共振频率区域,并将方法在下面S6a,S7a中进行描述;

另外一种方法则是切换驱动器控制方式至恒转速控制方式,然后在设置运行指令频率时避开共振频率区域,并将这种方法用步骤S6b,S7b来进行描述;

进一步的,所述S1中的共振频率低段和高段区域为共振区,其中电机需要避免在共振区中长时间运行,共振频率低段滞环区域和共振频率高段滞环区域为驱动器控制逻辑准备。

进一步的,所述S5中接下来调整电机转速的一种方法是增加扰动值使得电机的频率脱离共振频率区域,并将方法在下面S6a,S7a中进行描述步骤具体如下:

S6a:恒转矩方式时增加扰动值大小至K*ΔT;恒功率控制方式时增加扰动值大小至K*ΔP,随着计时器超时次数的增加而不断增加;

S7a:如果扰动值K*ΔT或者K*ΔP大于事先设定的阈值,则意味着负载大小发生了变化,此时清除扰动值和计时器值,返回S2重新开始,如果扰动值在正常范围内,则返回S4;

上述S1到S7a步骤即为图1所示的避振控制流程。

由于图1的控制流程进入避振控制步骤后,转矩指令值或功率指令值将被锁定在记录值T*0或P*0附近(含扰动值),因此当转矩指令值或功率指令值发生变化时必须设有脱出手段。这个脱出手段就是下文所述的图3定时控制流程。

在上述图1的控制流程被执行的同时,图3所示的流程被定时执行。定时长度按照CPU运算速度和实际控制要求,可以设置为1msec至20msec的时间中断。

这个定时控制流程的主要目的是实时采样从上位机通信、或者采样外部电压信号、4~20mA电流信号或者PWM占空比等不同手段传来的代表转矩指令值或功率指令值的信号,将其转换计算为转矩指令值或功率指令值,并监控转矩指令值或功率指令值是否发生了变化。当变化值超出预先设定的阈值时,通过将上述避振控制流程复位。

当驱动器运行在恒转矩工作方式时,转矩指令值Tref的记录值为T*0,在避振控制流程图1中更新和记录。图3定时控制流程采样计算得到的当前指令转矩值Tref与记录值为T*0的差值大于预先设定的阈值时,说明电机转速在当前指令转矩Tref下运行时可能会随之脱离共振区域,因此要求图1所示的控制流程复位,将处于S2~S7a中的处理过程转移至S2上,重新设置转矩指令值后,重新判断电机旋转频率。

当驱动器运行在恒功率工作方式时,功率指令值Pref的记录值为P*0,在避振控制流程图1中更新和记录。图3定时控制流程采样计算得到的当前指令功率值Pref与记录值为P*0的差值大于预先设定的阈值时,说明电机转速在当前功率值Pref下运行时可能会随之脱离共振区域,因此要求图1所示的控制流程复位,将处于S2~S7a中的处理过程转移至S2上,重新设置功率指令值后,重新判断电机旋转频率。

进一步的,所述S5中另外一种方法则是切换驱动器控制方式至恒转速控制方式,然后在设置运行指令频率时避开共振频率区域,并将这种方法用S6b,S7b来进行描述具体步骤如下:

S6b:切换驱动器控制方式至恒转速控制方式,当电机运行在共振频率低段区域时,设置运行指令频率为(f0-Δf);电机运行在共振频率高段区域时,则设置运行指令频率为(f0+Δf)),一旦设置运行指令频率,则电机转速必然会避开共振频率区域;

S7b:在驱动器使用恒转速控制方式控制电机转速时,随时计算电机输出转矩或者输出功率值,同时计算出指令转矩值与电机输出转矩计算值的差值,或者计算出指令功率值与电机输出功率计算值的差值;当差值大于事先设定的阈值,则意味着负载大小发生了变化,此时切换驱动器控制方式回到恒转矩控制方式或者恒功率控制方式,从S2重新开始。如果差值在正常范围内,保持处理逻辑在本步骤上。

上面S1到S7b步骤即为图2所示的避振控制流程。

同样,由于图2所示的控制流程进入避振控制步骤后,转矩指令值或功率指令值将被锁定在记录值T*0或P*0上,因此当转矩指令值或功率指令值发生较大变化时必须设有脱出手段,即图3所示的定时控制流程。图3的详细作用和功能已经在上文中加以详细描述,这里不再重复。但需要强调的是,如果图2所叙流程已经运行在恒转速控制方式上,则复位的同时需要将驱动器控制模式切换回原先的恒转矩控制方式或者恒功率控制方式。

具体实施案例:

步骤1:首先针对电机以及负载,测试出系统的共振频率区域,并将共振频率中心值标记为共振频率f0,同时测试得到以共振频率f0为中心的共振频率带宽Δf,然后将共振频率划分为共振频率低段区域(f0-Δf)至f0,以及共振频率高段区域f0至(f0+Δf),最后,在此基础上,设置一个较小数值的滞环频率fhys,并设置共振频率低段滞环区域(f0-Δf-fhys)至(f0-Δf),和共振频率高段滞环区域(f0+Δf)至(f0+Δf+fhys),共振频率低段和高段区域属于真正的共振区,电机必须避免在这个区域中长时间运行,共振频率低段滞环区域和共振频率高段滞环区域是为驱动器控制逻辑准备,以便在这两个区域内实施下文描述的控制逻辑。

驱动器在恒转矩控制方式或者恒功率控制方式驱动电机时,由于负载大小不定,因此只能随时监视当前电机的旋转频率。

步骤2:当电机旋转频率进入共振频率f0到(f0-Δf-fhys)这个区间内,在指令转矩或者指令功率值的基础上叠加一个微小的负数的扰动值;如果电机旋转频率进入共振频率f0到(f0+Δf+fhys)这个区间内,在指令转矩或者指令功率值的基础上叠加一个微小的正数的扰动值,同时,记录当前转矩指令值为T0*或当前功率指令值P0*

这里,如果驱动器运行在恒转矩控制方式,则扰动值为相当于微小转矩变化的ΔT;而驱动器运行在恒功率控制方式时扰动值为相当于微小功率变化值的ΔP。

步骤3:开启计时器,监控在电机在共振频率低段区域(f0-Δf)至f0,或者在共振频率高段区域f0至(f0+Δf)的运行时间,如果电机旋转频率在共振频率低段滞环区域(f0-Δf-fhy)至(f0-Δf),或者共振频率高段滞环区域(f0+Δf)至(f0+Δf+fhys)时,则计时器不计数。

在一般情况下,例如指令转矩值远远大于当前负载转矩时,电机将快速加速,运行频率快速上升通过共振频率区域;反过来也是如此,指令转矩值远远小于当前负载转矩时,电机将快速减速,运行频率快速下降通过共振频率区域,这种情况下,控制逻辑返回步骤2即可。

步骤4:重新检测电机运行频率,如果小于频率(f0-Δf-fhys)或者高于频率(f0+Δf+fhys),说明属于正常运行状态,清除扰动值,返回步骤2,否则进入步骤5;

步骤5:如果计时器没有超过预先设定的阈值,则返回步骤3继续监控,如果计时器超过预先设定的阈值,则表明电机一直运行在共振频率区域内,因此即使预先叠加了扰动值,但这台电机和负载的匹配仍然使得电机转速运行在共振点附近,即扰动值不足以电机的旋转频率脱离共振频率区域。此时进入下一步骤;

此时,接下来调整电机转速的一种方法是增加扰动值使得电机的频率脱离共振频率区域。这种方法在下面步骤6a,7a中进行描述;

步骤6a:恒转矩方式时增加扰动值大小至K*ΔT;恒功率控制方式时增加扰动值大小至K*ΔP,这里的K为倍率,随着计时器超时次数的增加而不断增加;

步骤7a:如果扰动值K*ΔT或者K*ΔP大于事先设定的阈值,则意味着负载大小发生了变化,此时清除扰动值和计时器值,返回步骤2重新开始,如果扰动值在正常范围内,则返回步骤4;

同时,在如图3所示的定时处理的逻辑中,需要定时完成采样指令信号,记录指令信号的变化值,这个定时处理可以使用CPU的时钟中断,定时时间可按具体需求设为1~20msec,当指令信号变化值超过先设定的阈值时(这个阈值可以与步骤7a中的阈值相同,也可单独设置),则需要将处于步骤2~步骤7a中的处理过程转移至步骤2上;

另外一种方法则是切换驱动器控制方式至恒转速控制方式,然后在设置运行指令频率时避开共振频率区域。下面将这种方法用步骤6b,7b来进行描述;

步骤6b:切换驱动器控制方式至恒转速控制方式,当电机运行在共振频率低段区域时,设置运行指令频率为(f0-Δf);电机运行在共振频率高段区域时,则设置运行指令频率为(f0+Δf)),一旦设置运行指令频率,则电机转速必然会避开共振频率区域;

步骤7b:在驱动器使用恒转速控制方式控制电机转速时,随时计算电机输出转矩或者输出功率值,同时计算出指令转矩值与电机输出转矩计算值的差值,或者计算出指令功率值与电机输出功率计算值的差值;当差值大于事先设定的阈值,则意味着负载大小发生了变化,此时切换驱动器控制方式回到恒转矩控制方式或者恒功率控制方式,从步骤2重新开始。如果差值在正常范围内,保持处理逻辑在本步骤上。

与上面描述的第一种增加扰动值的方法相同,这里同样有如图3所示的定时处理的逻辑,需要定时完成采样指令信号,记录指令信号的变化值,当指令信号变化值超过先设定的阈值时,在这里则需要将将驱动器控制方式切换回到恒转矩控制方式或者恒功率控制方式,然后将处于步骤2~步骤7b中的处理过程转移至步骤2上。

上面描述了两种方法,这两种方法都是基于避免电机长时间运行在共振频率区域的思路,达到了防止电机共振噪音的目的。

其中,图1扰动法避免共振流程图:

(1)图1针对恒转矩控制方式,图中T*为控制器的实际转矩指令值;上位机等外部给定的转矩指令值为Tref,一般情况下,T*按照外部给定的转矩指令值Tref设置,实施扰动控制后有所差别。在电机旋转频率第一次进入共振频率区域(含滞环区)时,控制逻辑将记录此时的转矩指令值Tref原始值为T*0,这个值将被图3所示的定时执行控制逻辑流程,与新的转矩指令值不断比较判断。

(2)电机旋转频率f对应着电机转速,由编码器、或者霍尔电路构成的速度位置采样模块计算得到,无位置传感器控制时由无位置传感器驱动控制算法计算得到,电机旋转频率f作为判断电机是否运行在共振区域的参数,始终被图1控制运算逻辑监控。

(3)ΔT作为本发明采用的扰动法的扰动转矩值,在电机旋转频率进入工作区域后,按图示逻辑叠加到外部转矩指令值T*0,进行扰动控制,ΔT的值是事先预设的一个微小数值,可根据电机额定转矩作修改,扰动系数K则是一个数值大于等于1的系数,在驱动器施加扰动转矩后,为了电机旋转频率脱离共振区域,扰动系数K随着计数器超时次数的增加而被调整增加。

(4)流程图1为定时执行,例如每10msec或20msec一次,因此计数器开启后,执行+1计算实际上就是相当于时间计时,这样计数器Count值超出上限,代表着在这段时间内电机的旋转频率一直在共振区域内。

(5)扰动法控制逻辑预设扰动转矩阈值,当扰动值(K*ΔT)大于阈值时,控制逻辑设计有脱出机制,避免电机负载变动时电机速度反而固化在共振滞环区域。同时,在并联运行的控制流程图3中,同样按一定时间间隔,反复比较上位机等外部输入的转矩指令值的变化,在转矩指令值发生超出预先设定阈值的变化时,同样将流程图1的控制逻辑脱出到最开始。

(6)在恒功率控制方式时,只需要将流程图1中代表转矩的符号T置换成代表功率的符号P,例如将代表转矩指令值的Tref变更为代表功率指令值的Pref,然后设置对应的扰动功率值ΔP和扰动功率阈值,便可以同样的逻辑实施。

其中,图2模式切换法避免共振流程图

(1)图2所示的控制流程与图1不同的地方在于,当扰动加入控制后,如果在超过计数器上限时间后,控制流程将切换控制方式至恒转速控制方式,并将指令转速按照电机转速频率不同分别设置为共振频率区的下方,或者设置为共振频率区的上方,以此避开共振频率区域。

(2)在驱动器工作在恒转速控制控制模式时,流程图2所显示的控制流程将不断地计算电机实际输出转矩Te,并判断与指令转矩值的差是否超出了预先设定的阈值,如果超出阈值,则表明电机负载发生变化,将流程图2的控制逻辑脱出到最开始。

(3)同时,在与流程图2并联运行的控制流程图3中,同样按一定时间间隔,反复比较上位机等外部输入的转矩指令值的变化,在转矩指令值发生超出预先设定阈值的变化时,将控制方式切换回恒转矩控制方式,然后将流程图2的控制逻辑脱出到最开始。

(4)与流程图一样,如果控制器工作在恒功率控制方式,只需要将流程图2中代表转矩的符号T置换成代表功率的符号P,例如将代表转矩指令值的Tref变更为代表功率指令值的Pref,然后设置对应的扰动功率值ΔP和扰动功率阈值,便可以同样的逻辑实施

其中,图3定时处理流程:

(1)图3所示的流程被定时执行,定时长度按照CPU运算速度和实际控制要求,可以设置为1msec至20msec的时间中断。

(2)转矩指令值Tref的记录值为T*0,在避振控制流程图1或者图2中更新和记录。

(3)当前指令转矩Tref与记录值为T*0的差值大于预先设定的阈值时,说明电机转速在当前指令转矩Tref下运行时可能会随之脱离共振区域,因此要求图1或图2所示的控制流程复位,重新判断电机旋转频率。如果图2所叙流程已经运行在恒转速控制方式上,则复位的同时需要将驱动器控制模式切换回原先的恒转矩控制方式或者恒功率控制方式。

(4)在恒功率控制方式时,需要将流程图3中代表转矩的符号T置换成代表功率的符号P,例如将代表转矩指令值的Tref变更为代表功率指令值的Pref,然后设置对应的功率阈值,便可以同样的逻辑实施。

其中,图4为负载转矩-转速曲线:

(1)曲线①和曲线②分别为水泵在不同阀门开启程度下的转矩-转速负载特性,阀门开启得较多时为曲线①,阀门关闭的较多时为曲线②;

(2)图中横线代表电机的输出转矩为一个与转速无关的恒定的转矩To;

(3)电机实际转速取决于电机输出转矩与负载曲线的交点,曲线①时电机运行在交点1,曲线②时电机运行在交点2。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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