無刷雙饋電機定子電流的控制方法與流程
2023-09-23 02:18:05
本發明具體涉及一種無刷雙饋電定子電流的控制方法。
背景技術：
：隨著經濟技術的發展和人們生活水平的提高，無刷雙饋電機因其控制系統成本低廉、電機功率因數可調、可靠性高、機械特性較「硬」等優點，已經逐步開始應用於風力發電、泵類及壓縮機等領域，發揮著重要的作用。但是，由於電機的工藝問題，在電機定子中會產生一些無規律性的齒槽轉矩，從而帶了無規律的電流諧波。同時變流器的死區效應又會帶來大量有規律性的電流諧波，而因為開關管管壓降的原因使得這些電流諧波加重，更大程度的影響電機系統正常運行。這些諧波可以通過傅立葉分解成一系列的奇數次諧波，同時又由於電機定子為星型連接，抵消了三的倍數次諧波，所以電機定子中電流諧波主要以非三倍數的奇數次諧波，特別是以5、7次電流諧波為主。現有的無刷雙饋電機控制定子電流諧波抑制主要以L或者LCL等硬體式無源濾波器為主，這樣不僅增加了成本和體積，同時在電機轉速較高時會增加相位變化時間，影響電機運行，而且LCL無源濾波器還存在諧振頻率，若電機運行在諧振頻率處時，甚至會燒毀電機。現有的比例積分諧振算法能夠對交流量進行有效的控制，其控制圖如圖1所示，圖中Kp為比例環節，Ki/s為積分環節，而即為諧振環節。但是由於電機運行時，難免會出現轉速的波動，轉速的波動會帶來電流諧波頻率的波動，傳統的比例積分諧振算法雖然可以控制諧振頻率處的交流量，同時可以通過調節ωc可以擴大諧振頻率的帶寬，但是考慮到其動態穩定性，ωc不能取的太大，當電流諧波的頻率不處於諧振頻率的帶寬內，算法並不能起到電流諧波的抑制作用。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種快速性好、實用性強、濾波效果好的無刷雙饋電定子電流的控制方法。本發明提供的這種無刷雙饋電定子電流的控制方法，包括如下步驟：S1.無刷雙饋電機控制系統加載如下的比例積分諧振算式：G(s)=Kp+Kis+2ωcKrs2s2+ωcs+(6ω)2]]>式中Kp為比例環節；Ki/s為積分環節；為諧振環節；ωc為諧振頻率處的帶寬；Kr為諧振控制參數，其取值的大小直接影響諧振算法的計算速度；S2.啟動電機至電機運行平穩；S3.將步驟S1中設置的比例積分諧振算式中的參數ω修改為電機的電角度，並以修改後的比例積分諧振算法對無刷雙饋電機的定子電流進行控制。所述的無刷雙饋電定子電流的控制方法，還包括如下步驟：S4.等待無刷雙饋電機的調速命令，並將無刷雙饋電機調整至目標轉速；S5.將步驟S3中設置好的參數ω修改為調速後的無刷雙饋電機運行的電角度，並以修改後的比例積分諧振算法對無刷雙饋電機的定子電流進行控制。本發明提供的這種無刷雙饋電機定子電流的控制方法，通過在原有的比例積分諧振算法中，在諧振控制部分增加一個零點，從而極大的提高了本發明方法的定子電流控制效果；同時，本發明方法在控制算法中不含微分算法，算法計算速度和響應速度快，動態特性好，而且算法簡單，能夠適用於多種交流電機的控制，適用性好。附圖說明圖1為
背景技術：
的比例積分諧振控制算法示意圖。圖2為
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的比例積分諧振控制算法電流閉環的伯德圖。圖3為
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的比例積分諧振控制算法電機的A相定子電流仿真圖。圖4為
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的比例積分諧振控制算法電機的A相定子電流傅立葉分析圖。圖5為
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的比例積分諧振控制算法電機在1500r/min轉速時定子電流波形圖。圖6為本發明方法的比例積分諧振控制算法示意圖。圖7為本發明方法的流程圖。圖8為本發明的比例積分諧振控制算法電流閉環的伯德圖。圖9為本發明的比例積分諧振控制算法電機的A相定子電流仿真圖。圖10為本發明的比例積分諧振控制算法電機的A相定子電流傅立葉分析圖。圖11為本發明的比例積分諧振控制算法電機在1500r/min轉速時定子電流波形圖。具體實施方式如圖2所示為本發明方法的比例積分諧振控制算法示意圖：可以看到，本發明方法的核心點就在於在現有的比例積分諧振算法的諧振部分增加了一個零點。如圖3所示為本發明方法的流程圖：本發明提供的這種無刷雙饋電定子電流的控制方法，包括如下步驟：S1.無刷雙饋電機控制系統加載如下的比例積分諧振算式：G(s)=Kp+Kis+2ωcKrs2s2+ωcs+(6ω)2]]>式中Kp為比例環節；Ki/s為積分環節；為諧振環節；ωc為諧振頻率處的帶寬；Kr為諧振控制參數，其取值的大小直接影響諧振算法的計算速度；S2.啟動電機至電機運行平穩；S3.將步驟S1中設置的比例積分諧振算式中的參數ω修改為電機的電角度，並以修改後的比例積分諧振算法對無刷雙饋電機的定子電流進行控制；S4.等待無刷雙饋電機的調速命令，並將無刷雙饋電機調整至目標轉速；S5.將步驟S3中設置好的參數ω修改為調速後的無刷雙饋電機運行的電角度，並以修改後的比例積分諧振算法對無刷雙饋電機的定子電流進行控制。以下簡要說明本發明方法中提供的比例積分諧振算式的來源：在5、7次電流諧波注入三相定子後，其算術表達式如下所示：ia′=Icos5ωte0jib′=Icos(5ωt-23π)e2π3jic′=Icos(5ωt-43π)e4π3j]]>通過數學計算可以發現，三相定子中的5次電流諧波可以轉化為一個幅值為交流峰值1.5倍，在坐標系中以5倍速旋轉的直流電流，如下式所示，同理7次諧波可以轉化為一個幅值為交流峰值1.5倍，在坐標系中以7倍速旋轉的直流電流；is′=ia′+ib′+ic′=Icos5ωt(1+j0)+I(-12cos5ωt+32sin5ωt)(-12+j32)=I(-12cos5ωt-32sin5ωt)(-12-j32)=22Iej5ωt]]>在交流電機控制中，一般採用兩相旋轉坐標系，5次電流諧波可看作一個反轉的6次電流諧波，7次電流諧波可看作一個正轉的6次電流諧波；傳統比例積分諧振算法如下式所示，通過對於算法伯德圖的分析可以發現，算法對其諧振頻率6ω處的交流量有很強的控制作用，同時可以通過調節ωc可以擴大諧振頻率的帶寬，這是傳統PI控制器無法實現的；G(s)=Kp+Kis+2ωcKrss2+ωcs+(6ω)2]]>由於電機運行時，難免會出現轉速的波動，轉速的波動會帶來電流諧波頻率的波動，傳統的比例積分諧振算法雖然可以控制諧振頻率處的交流量，同時可以通過調節ωc可以擴大諧振頻率的帶寬，但是考慮到其動態穩定性，ωc不能取的太大，當電流諧波的頻率不處於諧振頻率的帶寬內，算法並不能起到電流諧波的抑制作用；由於交流電機是一個大慣性環節，其數學模型可視為下式所示，通過伯德圖分析發現電機的大慣性環節會造成算法在諧振頻率處帶寬減小，同時在諧振頻率帶寬內帶來45°～135°不等的延遲，電機的電流諧波抑制不完全且在某些頻率會產生正反饋；M(s)=1Ls+R]]>電流諧波的頻率為6ω，將式帶入頻域中分析，可以發現在電流諧波的頻域中，由於6ωL＞＞R，電機的數學模型可以等效為下式；M(s)=1Ls]]>所以對傳統比例積分諧振算法中加入一個零點，消除電機數學模型的影響，將會大大提高算法對於無刷雙饋電機控制定子電流諧波的抑制效果，改進後的算法如下式所示；所以無刷雙饋電機控制定子電流諧波抑制的總體流程如圖7所示，隨著電機轉速的變化，修改ω即可實現電流諧波抑制。G(s)=Kp+Kis+2ωcKrs2s2+ωcs+(6ω)2]]>如圖2～5為
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的比例積分諧振控制算法對無刷雙饋電機進行控制時，控制算法電流閉環的伯德圖、電機的A相定子電流仿真圖、電機的A相定子電流傅立葉分析圖和電機在1500r/min轉速時定子電流波形圖；如圖8～11為本發明方法的比例積分諧振控制算法對無刷雙饋電機進行控制時，控制算法電流閉環的伯德圖、電機的A相定子電流仿真圖、電機的A相定子電流傅立葉分析圖和電機在1500r/min轉速時定子電流波形圖；從圖的對比可以明顯看出，本發明方法提供的控制算法的動態性能更好(從伯德圖中可以得出)；在仿真情況下，本發明的方法控制效果更佳(圖3和圖9對比可知，圖9中電流在0A附近的波動明顯小於圖3中的電流)，諧波電流的幅值(總體而言不大於1％)明顯小於
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(總體而言大於1％)；而在具體應用中，對無刷雙饋電機進行控制並測試定子電流波形，可以看到本發明方法的控制效果明顯優於現有技術。當前第1頁1 2 3