一种永磁同步电机对拖试验系统的控制方法与流程

1.本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种永磁同步电机对拖试验系统的控制方法。


背景技术：

2.大功率多相永磁同步电机和变流器作为能量变换装置，在船舶推进、城市轻轨、机车牵引、航空航天等领域得到广泛应用。
3.针对其带载下的测试，采用直接连接阻感负载方式，存在电能损耗大，试验测试不灵活等缺点，基于变流器与电机对拖的功率循环方式，可大幅降低电能损耗，提高测试的灵活性。
4.传统的变流器与电机对拖的功率循环方式，通常采用两台独立的变流器分别控制两台独立的电机，两台电机之间通过机械装置连接的配置方式，增加了电机对拖测试系统的体积、成本，同时整个系统的控制也变得更加复杂。


技术实现要素：

[0005][0006]
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种低成本、操作测试方便的永磁同步电机对拖试验系统的控制方法。
[0007]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种永磁同步电机对拖试验系统的控制方法，基于多相永磁同步电机、网侧整流器和机侧逆变器组成的对拖试验系统，其中多相永磁同步电机的一套或多套三相定子绕组工作在转矩控制模式，其余一套或多套三相定子绕组工作在转速控制模式；包括以下步骤：
[0008]
步骤s1，设定多相永磁同步电机的第x套、
…
、第y套三相定子绕组工作在转速控制模式，第x套、
…
、第y套三相定子绕组的dq轴电压/电流分别为 u
dqx
/i
dqx
、
…
、u
dqy
/i
dqy
，第m套、
…
、第n套(x,y,m,n＝1、2、3、
…
)三相定子绕组工作在转矩控制模式，第m套、
…
、第n套三相定子绕组的dq轴电压/电流分别为u
dqm
/i
dqm
、
…
、u
dqn
/i
dqn
，将各套三相定子绕组的dq轴电压/电流作为观测器的输入量，观测器的输出量为各套三相定子绕组dq轴补偿电压δu
dqx
、δ u
dqy
、
…
、δu
dqm
、δu
dqn
以及dq轴电流观测值i
dqxe
、i
dqye
、
…
、i
dqme
、i
dqne
；
[0009]
步骤s2，将观测器的输出dq轴电流观测值i
dqxe
、i
dqye
、
…
、i
dqme
、i
dqne
作为相应电流环pi控制器的负反馈信号；
[0010]
步骤s3，将观测器的输出dq轴补偿电压δu
dqx
、δu
dqy
、
…
、δu
dqm
、δu
dqn
分别与相应电流环pi控制器输出电压u
dqxpi
、u
dqypi
、
…
、u
dqmpi
、u
dqnpi
相加，叠加后的量作为pwm调制模块的输入，输出脉冲驱动信号控制相应的三相定子绕组。
[0011]
所述的一种永磁同步电机对拖试验系统的控制方法，其步骤s1中观测器的状态空间模型为：
[0012][0013][0014]
其中us、y、z1、z2分别为三相定子绕组的dq轴电压、dq轴电流、dq轴电流的观测值、dq轴补偿电压，r0、α0分别为电机的虚拟相电阻、电机的dq轴电感的倒数，β1、β2分别为观测器的增益系数。
[0015]
所述的一种永磁同步电机对拖试验系统的控制方法，其观测器的虚拟电阻项r0＝10rs，其中rs为多相永磁同步电机的相电阻。
[0016]
所述的一种永磁同步电机对拖试验系统的控制方法，其观测器的增益系数β1、β2分别为：
[0017]
β1＝2ω0+r0[0018][0019]
其中ω0为观测器的带宽。
[0020]
所述的一种永磁同步电机对拖试验系统的控制方法，其观测器的带宽ω0＝5ωc～10ωc，其中ωc为电流环带宽。
[0021]
本发明具有以下技术效果：本发明利用观测器观测出的补偿电压构成前馈项以提高系统的稳定性，抑制了不同三相定子绕组间的磁耦合作用对系统性能的不利影响，在降低系统成本、结构复杂度的同时，对拖试验操作实施方便，具有实际工程应用价值。
附图说明
[0022]
图1为本发明对拖试验系统拓扑结构示意图；
[0023]
图2为本发明对拖试验系统控制方法的整体框图；
[0024]
图3为双三相y移30
°
永磁同步电机对拖试验系统拓扑结构示意图；
[0025]
图4为双三相y移30
°
永磁同步电机对拖试验系统控制方法的整体框图。
具体实施方式
[0026]
为进一步说明本发明的目的和技术方案，下面将结合附图的具体实施例作进一步详细说明。
[0027]
如图1所示，本发明公开的永磁同步电机对拖试验系统，包括多相永磁同步电机、网侧整流器、机侧逆变器，所述多相永磁同步电机的一套或多套三相定子绕组工作在转矩控制模式，其他一套或多套三相定子绕组工作在转速控制模式。如图2所示，本发明公开的一种永磁同步电机对拖试验系统的控制方法，包括如下步骤：
[0028]
步骤s1，设定多相永磁同步电机的第x套、
…
、第y套三相定子绕组工作在转速控制模式，第x套、
…
、第y套三相定子绕组的dq轴电压/电流分别为 u
dqx
/i
dqx
、
…
、u
dqy
/i
dqy
，第m套、
…
、第n套(x,y,m,n＝1、2、3、
…
)三相定子绕组工作在转矩控制模式，第m套、
…
、第n套三相定子绕组的dq轴电压/电流分别为u
dqm
/i
dqm
、
…
、u
dqn
/i
dqn
，将各套三相定子绕组的dq轴电压/电流作为观测器的输入量，观测器的输出量为各套三相定子绕组dq轴补偿电压δu
dqx
、
δ u
dqy
、
…
、δu
dqm
、δu
dqn
以及dq轴电流观测值i
dqxe
、i
dqye
、
…
、i
dqme
、i
dqne
；
[0029]
步骤s2，将观测器的输出dq轴电流观测值i
dqxe
、i
dqye
、
…
、i
dqme
、i
dqne
作为相应电流环pi控制器的负反馈信号；
[0030]
步骤s3，将观测器的输出dq轴补偿电压δu
dqx
、δu
dqy
、
…
、δu
dqm
、δu
dqn
分别与相应电流环pi控制器输出电压u
dqxpi
、u
dqypi
、
…
、u
dqmpi
、u
dqnpi
相加，叠加后的量作为pwm调制模块的输入，输出脉冲驱动信号控制相应的三相定子绕组。
[0031]
所述观测器的状态空间模型为：
[0032][0033][0034]
其中us、y、z1、z2分别为三相定子绕组的dq轴电压、dq轴电流、dq轴电流的观测值、dq轴补偿电压，r0、α0分别为电机的虚拟相电阻、电机的dq轴电感的倒数，β1、β2分别为观测器的增益系数。
[0035]
所述观测器的虚拟电阻项r0＝10rs，其中rs为多相永磁同步电机的相电阻。
[0036]
所述观测器的增益系数β1、β2分别为：
[0037]
β1＝2ω0+r0[0038][0039]
其中ω0为观测器的带宽。所述观测器的带宽ω0＝5ωc～10ωc，其中ωc为电流环带宽。
[0040]
下面结合附图以双三相y移30
°
永磁同步电机对拖试验系统为例对本发明进一步详细叙述。
[0041]
如图3所示，一种双三相y移30
°
永磁同步电机对拖试验系统，包括双三相y移30
°
永磁同步电机、网侧整流器、机侧逆变器、控制系统，所述的双三相y移30
°
永磁同步电机为中心点分离的双三相永磁同步电机，第一套三相定子绕组为a1b1c1，中心点为o1，第二套三相定子绕组为a2b2c2，中心点为o2。三相定子绕组a1b1c1工作在转速控制模式，三相定子绕组a2b2c2工作在转矩控制模式。所述的网侧整流器为通用的三相两电平拓扑，三相交流输入电流为 i
ai
、i
bi
、i
ci
，由整流器控制的直流母线电压为u
dc
，也可以为任意的ac/dc变换器拓扑。所述的机侧逆变器为通用的三相两电平拓扑，三相交流输出电流为i
ao
、 i
bo
、i
co
，由逆变器控制的直流母线电压为u
dc
，也可以为任意的dc/ac变换器拓扑。
[0042]
如图4所示，一种双三相y移30
°
永磁同步电机对拖试验系统控制方法，包括以下步骤：
[0043]
步骤1，设定双三相y移30
°
永磁同步电机的第一套三相定子绕组a1b1c1 工作在转速控制模式，其dq轴电压/电流为u
dqm
/i
dqm
，第二套三相定子绕组a2b2c2 工作在转矩控制模式，其dq轴电压/电流为u
dqn
/i
dqn
，将各套三相定子绕组的dq 轴电压/电流作为观测器的输入量，观测器的输出量为各套三相定子绕组dq轴的补偿电压δu
dqm
、δu
dqn
以及dq轴电流的观测值i
dqme
、i
dqne
；构造的观测器的状态空间模型为：
[0044][0045][0046]
其中us、y、z1、z2分别为电机三相定子绕组的dq轴电压、dq轴电流、dq 轴电流的观测值、dq轴的补偿电压；r0、α0分别为电机的虚拟相电阻、电机的 dq轴电感的倒数；β1、β2分别为观测器的增益系数。其中观测器的虚拟电阻项 r0＝10rs，rs为电机的相电阻；观测器的增益系数β1、β2分别为：
[0047]
β1＝2ω0+r0[0048][0049]
ω0为观测器的带宽。观测器的带宽设计为ω0＝(5～10)ωc，ωc为电流环带宽。
[0050]
步骤2，将观测器的输出dq轴电流观测值i
dqme
、i
dqne
作为相应电流环pi控制器的负反馈信号。
[0051]
步骤3，将观测器的输出补偿电压δu
dqm
、δu
dqn
，分别与相应电流环pi控制器输出参考电压u
dqmpi
、u
dqnpi
相加，叠加后的量作为pwm调制模块的输入，输出脉冲驱动信号驱动变流器。
[0052]
对中心点分离的双三相永磁同步电机，对其两套定子绕组分别做定向角为θ，θ-30
°
的转子磁场定向控制，假设第一套定子绕组的电流环输出参考电压为u
dqmpi
，三相定子电流在dq坐标系下的分量为i
dqm
，第二套定子绕组的电流环输出参考电压为u
dqnpi
，三相定子电流在dq坐标系下的分量为i
dqn
。
[0053]
三相定子绕组的dq轴电压公式1表示为：
[0054]udqmn
＝u
dqmnpi
+δu
dqmn
。
[0055]
上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。