一种无位置传感器的无刷双馈电动机调速控制方法技术

本发明专利技术公开了一种无位置传感器的无刷双馈电动机调速控制方法，包括：获取功率绕组的频率fp；获取控制绕组的频率fc；根据功率绕组的频率fp和控制绕组的频率fc获得转速辨识值将转速的指令值减去转速辨识值获得转速的偏差，并对转速偏差进行PI调节后获得控制绕组电流幅值的指令值；获得功率绕组的功率因数角，将功率因数角指令值减去功率因数角获得功率因数角的偏差，并对功率因数角的偏差进行PI调节后获得控制绕组电流频率的指令值；根据控制绕组电流幅值的指令值、控制绕组电流频率的指令值以及控制绕组电流的实际采样值，进行控制绕组电流闭环控制，从而使控制绕组电流的实际响应值跟踪其指令值。本发明专利技术不依赖于位置传感器，避免安装位置传感器带来的一系列问题；且降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种无位置传感器的无刷双馈电动机调速控制方法
本专利技术属于交流电机及其控制
，更具体地，涉及一种无位置传感器的无刷双馈电动机调速控制方法。
技术介绍
无刷双馈电机最早起源于19世纪末，由串极感应电机发展而来。由于无刷双馈电机具有结构简单、运行可靠、变频器装置容量小等优点，自上世纪八十年代起逐渐成为研究的热点。无刷双馈电机定子上有两套不同极对数的绕组，分别称为功率绕组和控制绕组。其中，功率绕组的频率一般为恒频，电压也一般是恒压。而控制绕组的电压和频率需要根据转速和功率的不同而变化。无刷双馈电机可以作为发电机或电动机使用。其中，无刷双馈电动机可广泛应用于风机和泵类的变频调速系统中，不仅电力电子变换装置的容量小，系统成本低，效率高，而且由于实现了无刷化，转子结构简单、坚固耐用，系统的可靠性显著提高，维护难度大幅降低。然而，传统的无刷双馈电动机控制算法中，需依赖于安装在电机端部的位置传感器或速度传感器(以下统称位置传感器)测量转速，以实现对电机的调速控制。采用位置传感器的主要缺点在于：(1)系统的可靠性差，这有如下几个原因：首先，位置传感器在高温环境下容易损坏。在一些特殊应用场合，无刷双馈电动机自身的温度可能高达90度以上，热量有可能沿着转子的连接轴传递到位置传感器，使得位置传感器的温度升高，过高的温度将严重影响位置传感器的使用寿命；其次，位置传感器始终运行在振动状态下，在安装不正确等情况下容易由于机械的原因而损坏。(2)使系统成本上升。(3)可能容易造成电磁兼容方面的问题。(4)电机的轴向长度增加。因此，人们倾向于在系统中省去位置传感器。省去位置传感器后，需要采用无位置传感器控制算法对电机进行控制，而无位置传感器控制算法的实现难度很大。已有的无位置传感器控制算法普遍利用复杂电机的数学模型来辨识转速，因而存在辨识不准确的问题。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种无位置传感器的无刷双馈电动机调速控制方法，旨在解决现有技术利用复杂电机的数学模型来辨识转速，导致辨识不准确的问题。本专利技术提供了一种无位置传感器的无刷双馈电动机调速控制方法，包括如下步骤：(1)获取无刷双馈电动机的功率绕组的频率fp；(2)获取所述无刷双馈电动机的控制绕组的频率fc；(3)根据所述功率绕组的频率fp和所述控制绕组的频率fc获得所述无刷双馈电动机的转速辨识值其中np和nc分别为功率绕组和控制绕组的极对数；(4)将无刷双馈电动机的转速的指令值减去所述转速辨识值获得转速的偏差，并对所述转速偏差进行PI调节后获得控制绕组电流幅值的指令值；(5)获得所述无刷双馈电动机的功率绕组的功率因数角，将所述功率因数角指令值减去所述功率因数角获得功率因数角的偏差，并对所述功率因数角的偏差进行PI调节后获得控制绕组电流频率的指令值；(6)根据所述控制绕组电流幅值的指令值、所述控制绕组电流频率的指令值以及控制绕组电流的实际采样值，进行控制绕组电流闭环控制，从而使控制绕组电流的实际响应值跟踪其指令值。更进一步地，所述步骤(2)具体包括如下步骤：(2.1)采集控制绕组的三相电流瞬时值iA、iB、iC；(2.2)对所述三相电流瞬时值iA、iB、iC进行两相静止坐标变换，得到两相静止αβ坐标下的电流值iα和iβ；其中，(2.3)根据两相静止αβ坐标下的电流值iα和iβ，得到控制绕组电流矢量的矢量角θ＝tg-1(iβ/iα)；(2.4)根据控制绕组电流矢量的矢量角θ获得控制绕组的频率fc＝dθ/dt。更进一步地，所述功率因数角指令值为0。本专利技术不依赖于位置传感器，也无需知道无刷双馈电动机的各种电气参数，利用无刷双馈电动机的功率绕组和控制绕组的频率实现对转速的辨识，避免安装位置传感器带来的一系列问题。为了实现无刷双馈电动机的同步运行，需要控制功率绕组的功率因数角，从而实现对无刷双馈电动机转速的有效控制，提高了辨识准确性。附图说明图1是本专利技术一个实施例的无位置传感器的无刷双馈电动机全部控制过程示意图；图2是本专利技术一个实施例的无位置传感器的无刷双馈电动机转速闭环控制示意图；图3是本专利技术一个实施例的无位置传感器的无刷双馈电动机功率因数角闭环控制示意图；图4是本专利技术一个实施例的无位置传感器的无刷双馈电动机控制绕组电流闭环控制示意图；图5是本专利技术一个实施例的无位置传感器的无刷双馈电动机控制绕组频率采样方法示意图；图6为本专利技术一个实施例的无位置传感器的无刷双馈电动机调速系统及其控制方法原理图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供了一种无位置传感器的无刷双馈电动机调速控制方法，可以使系统在没有转速反馈信号的情况下使用，使无刷双馈调速系统的可靠性更高，成本更低，电磁兼容性更好，安装空间更省，为无刷双馈电动机走向实用化提供了坚实的基础。对无刷双馈电动机进行转速控制，有两点非常重要，第一是电机一定要处于同步运行状态，不能失步，否则会造成转速和转矩的大幅度震荡；第二点是转速的测量或辨识值一定要非常准确，否则转速的控制就会产生较大误差。特别是在无转速传感器的情况下，转速的辨识值一定要能准确收敛到实际值，不能发散，否则系统将会失控。本专利技术很好的解决了这两个问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种无位置传感器的无刷双馈电动机调速控制方法，用于无刷双馈电动机的转速控制，如图1所示，包括如下步骤：(1)获取功率绕组的频率fp；(2)获取控制绕组的频率fc；(3)由fp和fc得到无刷双馈电动机的转速辨识值其中np和nc分别为功率绕组和控制绕组的极对数；(4)转速的指令值减去转速辨识值得转速的偏差，该转速偏差经过一个PI调节器放大后得控制绕组电流幅值的指令值。参见图2。(5)求取功率绕组的功率因数角。功率因数角指令值(一般为0)减去功率绕组的功率因数角，得功率因数角的偏差，该偏差经过一个PI调节器放大后得控制绕组电流频率的指令值。参见图3。(6)根据控制绕组电流幅值和频率的指令值，以及控制绕组电流的实际采样值，进行控制绕组电流闭环控制，从而使控制绕组电流的实际响应值跟踪其指令值。参见图4。在本专利技术实施例中，如图5所示，步骤(2)进一步包括如下步骤：(2-1)采样控制绕组的三相电流瞬时值iA、iB、iC；(2-2)对iA、iB、iC进行三相/两相静止坐标变换，得到两相静止αβ坐标下的电流值iα和iβ；其中，(2-3)根据两相静止αβ坐标下的电流值iα和iβ，得到控制绕组电流矢量的矢量角θ＝tg-1(iβ/iα)；(2-4)根据控制绕组电流矢量的矢量角θ计算得到控制绕组的频率fc＝dθ/dt。在本专利技术实施例中，对于三相电机，功率与相电压和相电流以及功率因数角的余弦成正比。当无刷双馈电机出现失步情况时，会表现为功率绕组的电压矢量和电流矢量之间的相位角大幅波动，也就是功率因数角会发生变化。此时，采用本专利技术实施例中所提出的功率因数闭环控制方法，可以实现对功率因数角的及时补偿，保证电机不会失步。其原理如图3所示。当功率绕组的电流矢量的相位角滞后于电压矢量时，设此时的功率因数角为正。功率因数角的指令值为0。此时功率因数角本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无位置传感器的无刷双馈电动机调速控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取无刷双馈电动机的功率绕组的频率fp；(2)获取所述无刷双馈电动机的控制绕组的频率fc；(3)根据所述功率绕组的频率fp和所述控制绕组的频率fc获得所述无刷双馈电动机的转速辨识值其中np和nc分别为功率绕组和控制绕组的极对数；(4)将无刷双馈电动机的转速的指令值减去所述转速辨识值获得转速的偏差，并对所述转速偏差进行PI调节后获得控制绕组电流幅值的指令值；(5)获得所述无刷双馈电动机的功率绕组的功率因数角，将所述功率因数角指令值减去所述功率因数角获得功率因数角的偏差，并对所述功率因数角的偏差进行PI调节后获得控制绕组电流频率的指令值；(6)根据所述控制绕组电流幅值的指令值、所述控制绕组电流频率的指令值以及控制绕组电流的实际采样值，进行控制绕组电流闭环控制，从而使控制绕组电流的实际响应值跟踪其指令值。

【技术特征摘要】
1.一种无位置传感器的无刷双馈电动机调速控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取无刷双馈电动机的功率绕组的频率fp；(2)获取所述无刷双馈电动机的控制绕组的频率fc；(3)根据所述功率绕组的频率fp和所述控制绕组的频率fc获得所述无刷双馈电动机的转速辨识值其中np和nc分别为功率绕组和控制绕组的极对数；(4)将无刷双馈电动机的转速的指令值减去所述转速辨识值获得转速的偏差，并对所述转速偏差进行PI调节后获得控制绕组电流幅值的指令值；(5)获得所述无刷双馈电动机的功率绕组的功率因数角，将功率因数角指令值减去所述功率因数角获得功率因数角的偏差，并对所述功率因数角的偏差进行PI调节后获得控制绕组电流频率的指令值；(6)根据所述控制绕组电流幅值的指令值、所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴芳，万山明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42