一种多单元永磁同步电机智能协同控制系统及方法_3

文档序号:9289817阅读:来源:国知局
图如 图7中图(a)和图(b)所示;
[0073]III画出单元电机的绕组展开图
[0074] 规定顺时针方向为正方向,大写字母代表正方向,小写字母代表反方向,则27槽 30极多单元永磁同步电机绕组展开图如图8所示;
[0075] 本发明实施例中,采用多单元永磁同步电机智能协同控制系统进行的控制方法, 方法流程图如图9所示,包括以下步骤:
[0076]步骤1、第一永磁电机协同控制单元、第二永磁电机协同控制单元和第三永磁电机 协同控制单元同时采集电机输入端的A相、B相、C相电流检测信号;
[0077] 本发明实施例中,采用三个电流传感器同时采集电机输入端的A相、B相、C相电流 信号,并将电流信号发送至第一永磁电机协同控制单元、第二永磁电机协同控制单元和第 三永磁电机协同控制单元中;
[0078]步骤2、第一永磁电机协同控制单元、第二永磁电机协同控制单元和第三永磁电机 协同控制单元同时根据所采集的A相、B相、C相电流检测信号,协调控制获得PWM信号,包 括以下步骤:
[0079] 本发明实施例中,图10为多单元永磁同步电机无传感器控制系统框图,结合图 10,以第一永磁电机协同控制单元内部控制过程为例,进行说明步骤2中协同控制的具体 步骤:
[0080] 步骤2-1、根据A相、B相、C相电流检测信号ial、ibl、U获得转子速度估计值, 并同时发送至每个控制单元(第一永磁电机协同控制单元、第二永磁电机协同控制单元和 第三永磁电机协同控制单元)中实现三个控制单元的相互通信;
[0081] 步骤2-1-1、将接收到的电流检测信号ial、ibl、U进行模数转换,并根据转子初始 相角值对转换后的A相、B相、C相电流信号进行Clark坐标变换和Park坐标变换,获得两 相旋转坐标系d-q下的直轴电流id和交轴电流iq;
[0082] 本发明实施例中,初始时,采用第一永磁电机协同控制单元、第二永磁电机协同控 制单元和第三永磁电机协同控制单元获得电机各单元内部定子绕组阻感值及转子初始相 角值,设置转子给定速度值并注入高频电压信号值Vin]c〇scoht;
[0083] 步骤2-1-2、将交轴电流iq通过带通滤波处理获得交轴电流高频分量^,将上述交 轴电流高频分量与正弦高频信号sincoht相乘,获得可分离相角误差信号交轴电流高频 分量并将t通过低通滤波处理获得仅含相角误差的电流信号e ;
[0084] 具体计算公式如下:
[0088] 其中,Vinj表示注入高频电压信号的幅值,《h表示注入高频电压信号的频率;L。表 示半差电感,其值为q轴等效电感与d轴等效电感差值的一半;Q表示平均电感,其值为q 轴等效电感与d轴等效电感和值的一半;A0表示相角误差信号;
[0089] 步骤2-1-3、采用PI控制算法获得转子速度估计值氧i,将上述转子速度估计值通 过积分运算获得转子相角估计值
[0090] 步骤2-2、采用构建无向图的方法对三个控制单元的通信结构进行描述;
[0091 ] 本发明实施例中,第一永磁电机协同控制单元、第二永磁电机协同控制单元和第 三永磁电机协同控制单元均采用全双工通讯模式,因此采用无向图来对分布式控制器通信 结构进行描述,如图11所示,将系统中第一永磁电机协同控制单元、第二永磁电机协同控 制单元和第三永磁电机协同控制单元分别定义为三个节点Vi、v2、v3;
[0092] 步骤2-3、根据所构建的无向图获得控制单元整体的通信关联矩阵,并根据转子速 度估计值、用户设定的转子给定速度值和控制单元整体的通信关联矩阵,构建误差函数;
[0093] 建立无向图<? = 〇/,£,八),其中乂={¥1,¥2,¥3}表示三个节点的集合,£:.£|^|^代表 图上所有边的集合,A=[?,.,]£ 为无向图的邻接矩阵(控制单元整体的通信关联矩阵), i,j= 1,2, 3,aij为0或1值,A为3X3的实数对称矩阵,当第i个节点能够接收到第j个 节点的信息时,ai_j= 1 ;否则a 0,因各个节点并不自己构成信息环,所以a0 ;
[0094]系统的邻接矩阵为:
[0095]
(4)
[0096] 其中,A表示控制单元两两之间的通信关联矩阵,即为无向图的邻接矩阵;%,表示 第i个控制单元与第j个控制单元之间的通信关系,当第i个控制单元能接收到第j个控 制单元的信息时,a;,1,否则a0,i,j= 1,2,3 ;
[0097] 对于第i个节点,构建输出向量
则误差可以写为:
[0098]
(5)
[0099] 矩阵
?也表示第i个控制单元获得的转子速度估计值,&表示第i个控 制单元获得的转子速度估计值的导数,矩阵
《 *表示转子给定速度值,表示 转子给定速度值的导数,即为加速度,gl取值为〇或1,当第i个控制单元能接收到控制单 元给定值《 *时,gi= 1,否则gi= 0。
[0100] 则系统误差函数为:
[0101]
[0102] 步骤2-4、设置实数矩阵和实数项,并根据构建的误差函数,获得输出值;
[0103] u;= ?*+cKe; (7)
[0104] 其中,Ul表示第i个控制单元内部分布式协同控制器的输出值,c为实数值,K为 一个1X2的实数向量;
[0105] 所述的
UAJ表示矩阵八&的特征值最小值的实部,矩阵八6为:
[0106]
[0107] 所述的向量K计算步骤如下:
[0108] ①建立性能指标函数^ +"/沿〇4 ,求得性能指标函数最小时对应的最 优矩阵N和矩阵R;其中,令矩阵N和矩阵R均为2X2正定对称矩阵,初始时矩阵N和矩阵R均设为单位矩阵;
[0109] ②将求得的矩阵N和矩阵R代入方程DTM+MD+N-MBRA1! = 0中,求出矩阵M。其 中,矩阵
[0110] ③将求出的矩阵M代入公式K=RiBTM,即可求得向量K。
[0111] 步骤2-5、根据上述输出值获得两相静止坐标系下的直轴电压参考值和交轴电压 参考值,再采用空间矢量脉宽调制获得PWM信号,包括以下步骤:
[0112] 步骤2-5-1、将输出值Ul作为交轴电流参考量iqraf;
[0113] 步骤2-5-2、将获得的直轴电流id和交轴电流iq通过低通滤波处理获得基波直轴 电流idb和基波交轴电流iqb;
[0114] 步骤2-5-3、将基波交轴电流iqb与交轴电流参考量iqraf比较作差,获得交轴电流 误差值i@,将基波直轴电流idb与直轴电流参考量idTOf (取值为〇)比较作差,获得直轴电流 误差值idf3;
[0115] 步骤2-5-4、采用PI控制算法分别对交轴电流误差值和直轴电流误差值i&进 行计算,获得交轴电压参考值Uqraf和直轴电压参考值udraf,并将直轴电压参考值udraf与高频 电压信号值VinjC〇SC0ht求和,获得含高频信号的直轴电压参考值udh;
[0116]步骤2-5-5、根据电机转子相角估计值_,对交轴电压参考值uq"#P含高频信号的 直轴电压参考值udh进行Park反坐标变换,获得两相静止坐标系下的直轴电压参考值u和交轴电压参考值,将uara#Pu输入SVPWM模块,其产生的PWM信号;
[0117] 步骤3、根据PWM信号改变输出定子电压的频率和幅值,实现各单元电机转速的协 同控制;
[0118] 本发明实施例中,将PWM信号经过驱
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