异步伺服多级大功率模块保护控制方法与流程

1.本发明属于伺服防护技术领域，特别是涉及异步伺服多级大功率模块保护控制方法。


背景技术：

2.目前，伺服驱动器(servodrives)又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。
3.现存的伺服驱动器应用的范围越来越广泛，传统的伺服驱动器功能受到很大的限制，主要表现在对运动物体位置、速度及加速度等变量方面，没有能进行有效控制，且没有能对电动机中存在高速受限，大功率受限和起动困难等问题进行解决，导致电动机的工作效率得不到提高。
4.现存的伺服驱动器应用的范围越来越广泛，传统的伺服驱动器功能受到很大的限制，主要表现在对运动物体位置、速度及加速度等变量方面，没有能进行有效控制，且没有能对电动机中存在高速受限，大功率受限和起动困难等问题进行解决，导致电动机的工作效率得不到提高。同时异步驱动器是一个高阶、高耦合的综合系统，要实现良好的调速系统性能就首先有一套完整的驱动控制系统。驱动控制系统结构精密复杂，一旦损坏只能一一排查元器件，十分麻烦。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供异步伺服多级大功率模块保护控制方法，通过耦合两相对静止坐标系、转子旋转坐标系和定子磁链坐标系搭建spmsm数学模型，分析spmsm数学模型，对相邻两个基本电压矢量作用时间的调控，合成任意的电压空间矢量，使用svp-wm输出逆变器控制信号，对pmsm的运行状态进行调整，解决了现有的伺服电机工作效率不高，大功率受限、缺少保护的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
7.本发明为异步伺服多级大功率模块保护控制方法，包括如下步骤：
8.步骤s1：定义两相对静止坐标系、转子旋转坐标系和定子磁链坐标系；
9.步骤s2：采用clarke变换，将三相固定坐标系转换为两相静止坐标系；
10.步骤s3：耦合两相静止坐标系建立spmsm数学模型；
11.步骤s4：分析spmsm数学模型，对相邻两个基本电压矢量作用时间的调控，合成任意的电压空间矢量；
12.步骤s5：改变定子磁链转动速度与方向实现转矩的动态控制；
13.步骤s6：根据磁链误差计算出相应的磁链误差，用电压空间矢量计算出相应的磁链误差；
14.步骤s7：使用svp-wm输出逆变器控制信号，对pmsm的运行状态进行调整。
15.作为一种优选的技术方案，所述步骤s1中，两相对静止坐标系α-β、转子旋转坐标系d-p和定子磁链坐标系ψs选择坐标系x-y三个坐标系，将三个坐标系融合到同一坐标系内，电压方程为：
[0016][0017]
式中，m
uv
、m
wu
、m
vw
为定子三相绕组互感，rs为定子电阻，ls为pmsm等效电感，ψf为转子永磁体产生的磁势，we为转子电角速度，ua、ub、uc为三相电压，i1、ib、ic为三相电流，为微分算子。
[0018]
作为一种优选的技术方案，所述步骤s2中，采用clarke变换,将三相固定坐标系转换为两相静止坐标系,可得解耦后的状态方为：
[0019][0020]
式中，i
sα
、i
sβ
分别表示α、β轴电流；u
sα
、u
sβ
分别表示α、β轴电压；wr表转子机械角速度，ψs为定子合成磁势；ψ
sα
、ψ
sα
分别为定子合成磁链在α和β轴的分量。
[0021]
作为一种优选的技术方案，所述步骤s3中，spmsm数学模型中，定子磁链保持不变，通过改变δ
sf
的大小来控制转矩，具体公式如下：
[0022][0023]
式中，k为比例系数。
[0024]
作为一种优选的技术方案，所述步骤s4中，svpwm通过对相邻两个基本电压矢量作用时间的调控,8个基本电压空间矢量可合成任意的电压空间矢量。
[0025]
作为一种优选的技术方案，所述步骤s5中，通过改变定子磁链转动速度与方向即可瞬时调整δ
sf
、,实现转矩的动态控制。
[0026]
作为一种优选的技术方案，所述步骤s6中，根据磁链误差计算单元算出相应的磁链误差δ
ψ
,用电压空间矢量计算模型得到能补偿δ
ψ
的α-β坐标中电压分量u
αref
,u
βref
；最后用svp-wm输出逆变器控制信号,对pmsm的运行状态进行调整。
[0027]
本发明具有以下有益效果：
[0028]
本发明通过耦合两相对静止坐标系、转子旋转坐标系和定子磁链坐标系搭建spmsm数学模型，分析spmsm数学模型，对相邻两个基本电压矢量作用时间的调控，合成任意的电压空间矢量，使用svp-wm输出逆变器控制信号，对pmsm的运行状态进行调整，提升了伺服电机工作效率不高和容错率，保护电机不易损坏。
[0029]
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0030]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的
附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]
图1为本发明的异步伺服多级大功率模块保护控制方法步骤图。
具体实施方式
[0032]
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
请参阅图1所示，本发明为异步伺服多级大功率模块保护控制方法，包括如下步骤：
[0034]
步骤s1：定义两相对静止坐标系、转子旋转坐标系和定子磁链坐标系；
[0035]
步骤s2：采用clarke变换，将三相固定坐标系转换为两相静止坐标系；
[0036]
步骤s3：耦合两相静止坐标系建立spmsm数学模型；
[0037]
步骤s4：分析spmsm数学模型，对相邻两个基本电压矢量作用时间的调控，合成任意的电压空间矢量；
[0038]
步骤s5：改变定子磁链转动速度与方向实现转矩的动态控制；
[0039]
步骤s6：根据磁链误差计算出相应的磁链误差，用电压空间矢量计算出相应的磁链误差；
[0040]
步骤s7：使用svp-wm输出逆变器控制信号，对pmsm的运行状态进行调整。
[0041]
步骤s1中，两相对静止坐标系α-β、转子旋转坐标系d-p和定子磁链坐标系ψs选择坐标系x-y三个坐标系，将三个坐标系融合到同一坐标系内，电压方程为：
[0042][0043]
式中，m
uv
、m
wu
、m
vw
为定子三相绕组互感，rs为定子电阻，ls为pmsm等效电感，ψf为转子永磁体产生的磁势，we为转子电角速度，ua、ub、uc为三相电压，i1、ib、ic为三相电流，为微分算子。
[0044]
步骤s2中，采用clarke变换,将三相固定坐标系转换为两相静止坐标系,可得解耦后的状态方为：
[0045][0046]
式中，i
sα
、i
sβ
分别表示α、β轴电流；u
sα
、u
sβ
分别表示α、β轴电压；wr表转子机械角速度，ψs为定子合成磁势；ψ
sα
、ψ
sα
分别为定子合成磁链在α和β轴的分量。
[0047]
步骤s3中，spmsm数学模型中，定子磁链保持不变，通过改变δ
sf
的大小来控制转矩，具体公式如下：
[0048][0049]
式中，k为比例系数。
[0050]
步骤s4中，svpwm通过对相邻两个基本电压矢量作用时间的调控,8个基本电压空间矢量可合成任意的电压空间矢量。
[0051]
步骤s5中，通过改变定子磁链转动速度与方向即可瞬时调整δ
sf
、,实现转矩的动态控制。
[0052]
步骤s6中，根据磁链误差计算单元算出相应的磁链误差δ
ψ
,用电压空间矢量计算模型得到能补偿δ
ψ
的α-β坐标中电压分量u
αref
,u
βref
；最后用svp-wm输出逆变器控制信号,对pmsm的运行状态进行调整。
[0053]
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
[0054]
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。
[0055]
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。