专利名称：基于无功功率观测器的同步电机矢量控制器及控制方法
技术领域：
本发明涉及同步电机矢量控制器及控制方法。
背景技术：
目前，在同步电机矢量控制中，通常采取两类控制策略一类是转子磁场定位；另一类是定子磁链跟踪。转子磁场定位控制方式中，我们需要获取转子位置，通过在转子上加装传感器或者根据电机的电阻、电感等参数进行转子角度估算，然后将定子电流通过一系列坐标变换折算到转子坐标系中，进行解耦，对转子的d轴电流和q轴电流分别进行PID控制，得到所需的d轴电压和q轴电压，又一次将转子坐标系中的电压通过一系列坐标反变换折算到定子侧，计算量大，控制框架复杂，受电机参数影响大，特别是电机的电阻参数。而且，在出现定子综合电压矢量幅值饱和时，需要等比例缩减
Us或^^ ,以保证定子综合电压矢量的方向准确。定子磁链跟踪控制方式中，同样存在受电机电阻参数影响大的问题，所以很多研究都是针对参数自适应方面的，以弥补这一弱点。同时，在定子磁链跟踪控制方式中，电流容易超调，存在不稳定因素，需要增加电流检测环节来保证系统的正常可靠运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进， 提供基于无功功率观测器的同步电机矢量控制器及控制方法，以达到高性能、易实现目的。 为此，本发明采取以下技术方案。1、基于无功功率观测器的同步电机矢量控制器，其特征在于包括
PID调节器用于根据定子电压矢量旋转角频率cos生成对应的定子综合电圧￡ ；
积分器用于根据定子电压矢量旋转角频率Os生成对应的定子转角θ:； 正弦余弦转换器与PID调节器和积分器输出端相连，用于根据定子综合电压K、定子转角输出对应的定子α轴电压值Wa和定子β轴电压值M丨；
逆变换器与正弦余弦转换器输出端相连，将定子轴电压值《 和定子ι轴电压值
以彡转换成三相相电压值；
空间矢量脉宽调制器与逆变换器输出端连接，根据三相相电压值生成PWM波； 功率逆变电路与空间矢量脉宽调制器输出端连接，用于控制电机的工作；
变换器将电机三相电流采样值变换成定子α轴电流值和定子β轴电流值。；无功功率观测器与变换器输出端及正弦余弦转换器输出端连接，用于根据定子&轴电压值Mff、定子轴电压、定子t/轴电流值和定子轴电流值。计算定子电压矢量旋转角频率；
锁相环PLL 输入端与无功功率观测器的输出端连接，输出端与PID调节器及积分器的输入端连接，用于对功率观测器输出锁频。基于无功功率观测器的同步电机矢量控制方法，其特征在于它包括以下步骤
1)获得电机电感值L，并对同步电机的电流、电压进行采样；
2)对采样的电流值进行折算至定子α、β坐标系；
3)根据公式A= Ujfi - u0ia + msL(ia2 + //)
式中A为无功功率值，L为电机电感值，为定子电压矢量旋转角频率，，力定子
轴电流值，Ιβ定子β轴电流值，Ua为定子α轴电压值，为定子β轴电压值， 当A —O时，计算cos;
4)将计算获得的定子电压矢量旋转角频率反馈给控制电路，以控制电机相反电势 e和相电流i同相位。基于效率最优的目标，需要将电机相反电势e和相电流i的相位进行同相位控
制。在SVPWM控制方式下，通过控制定子综合电压矢量￡的幅值和角频率％，可以实现反电势和电流的相位趋于相同。但是，在正常三相SVPWM控制方式下，我们无法直接测量到绕组反电势，只能测取电机的相电流，所以只能通过将三相电流b、h、Is折算到定子α、存坐标系中，通过
、卢轴电压平衡方程进行求解。因为α、，β轴上的电机定子电压方程为
权利要求
1.基于无功功率观测器的同步电机矢量控制器，其特征在于包括PID调节器用于根据定子电压矢量旋转角频率cos生成对应的定子综合电压1、；积分器用于根据定子电压矢量旋转角频率Os生成对应的定子转角； 正弦余弦转换器与PID调节器和积分器输出端相连，用于根据定子综合电压Wi、定子转角代输出对应的定子&轴电压值Μ.β.和定子々轴电压值；逆变换器与正弦余弦转换器输出端相连，将定子轴电压值^^.和定子#轴电压值Wp转换成三相相电压值；空间矢量脉宽调制器与逆变换器输出端连接，根据三相相电压值生成PWM波； 功率逆变电路与空间矢量脉宽调制器输出端连接，用于控制电机的工作；变换器将电机三相电流采样值变换成定子轴电流值ia和定子β轴电流值。；无功功率观测器与变换器输出端及正弦争弦转换器输出端连接，用于根据定子〃轴电压值Ma、定子#轴电压值Μ#、定子汉轴电流值，和定子々轴电流值。计算定子电压矢量旋转角频率；锁相环PLL 输入端与无功功率观测器的输出端连接，输出端与PID调节器及积分器的输入端连接，用于对功率观测器输出锁频。
2.基于无功功率观测器的同步电机矢量控制方法，其特征在于它包括以下步骤1)获得电机电感值L，并对同步电机的电流、电压进行采样；2)对采样的电流值进行折算至定子QNβ坐标系；3)根据公式4= πα β - πβ α + GJ1Liia2 + i/)式中A为无功功率值，L为电机电感值，Os为定子电压矢量旋转角频率，Ia为定子CJ轴电流值，^定子、轴电流值，Mff为定子&轴电压值，为定子#轴电压值， 当A — O时，计算GJs ；4)将计算获得的定子电压矢量旋转角频率反馈给控制电路，以控制电机相反电势 e和相电流i同相位。
3.根据权利要求2所述的基于无功功率观测器的同步电机矢量控制方法，其特征在于计算获得的定子电压矢量旋转角频率经过锁相环PLL后反馈至控制节点。
4.根据权利要求3所述的基于无功功率观测器的同步电机矢量控制方法，其特征在于定子电压矢量旋转角频率通过PID调节器后生成对应的定子综合电圧定子电压矢量旋转角频率％通过积分器后生成定子转角巧；定子综合电圧1经变正弦及余弦变换后得到定子t/轴电压值Ma和定子々轴电压值Wi0 ；定子轴电压值1￡ 和定子#轴电压值 经逆变换器获得三相相电压值，三相相电压值通过空间矢量脉宽调制器控制功率逆变电路为电机提供相应的电压，电机的三相电流采样后经变换器转换成定子α轴电流值和定子々轴电流值b，定子t/轴电压值^ 、定子#轴电压值I^g、定子α轴电流值4和定子#轴电流值 送至无功功率观测器，无功功率观测器根据公式A = Ujfi -ηβ α + ω}1( α2 + i/) ,A — 0，计算得到定子电压矢量旋转角频率os，定子电压矢量旋转角频率经过锁相环PLL后反馈至控制节点，实现闭环控制。
全文摘要
基于无功功率观测器的同步电机矢量控制器及控制方法，涉及同步电机矢量控制器及控制方法。同步电机矢量控制受电机电阻参数影响大，电流容易超调，存在不稳定因素，需要增加电流检测环节来保证系统的正常可靠运行。本发明特征在于包括PID调节器；积分器；正弦余弦转换器；逆变换器；空间矢量脉宽调制器；功率逆变电路；变换器；无功功率观测器；锁相环PLL。本技术方案以保证同步电机控制的效率为前提，基于对电机相电流的采样，通过无功功率观测器来简化算法和控制框架，降低控制算法对电机电阻参数的依赖性，提高系统可靠性，同时不需要增加新的硬件配置，不会造成产品的硬件成本上升。
文档编号H02P21/14GK102386839SQ20111039214
公开日2012年3月21日 申请日期2011年12月1日 优先权日2011年12月1日
发明者廉晨龙 申请人:卧龙电气集团股份有限公司