一种抑制同步电机动态速降的控制系统及方法技术方案

本申请公开了一种抑制同步电机动态速降的控制系统及方法，该控制系统包括：参数采集装置，用于采集三电平逆变器的输出相电压参数和相电流参数，以及采集同步电机的实际角频率；电机转矩测量装置，用于计算同步电机的电机转矩；负载转矩测量装置，用于计算负载转矩；磁链测量装置，用于计算同步电机的磁链；负载转矩电流测量装置，用于计算负载转矩电流；逆变器控制装置，用于接收负载转矩电流，根据负载转矩电流，生成用于控制三电平逆变器的脉冲触发信号，并发送脉冲触发信号到三电平逆变器，以抑制同步电机的动态速降。本发明专利技术公开的控制系统提高了电机转矩、负载转矩和负载转矩电流的测量精度，从而实现了对同步电机动态速降的有效抑制。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制同步电机动态速降的控制系统及方法
本专利技术涉及电机控制
，特别涉及一种抑制同步电机动态速降的控制系统及方法。
技术介绍
电励磁同步电机具有功率因数高、调速范围宽等优点，在大型工业传动如冶金轧机主传动、矿井提升、船舶推进等大功率传动领域得到了广泛应用。以冶金行业为例，电机频繁工作在加减速、加减载工况下，要求传动控制能够快速响应负载的变化，动态速降是其中一个重要性能指标。在抑制动态速降的过程中，通常需要计算电机转矩、负载转矩和负载转矩电流。而现有技术中，在计算电机转矩和负载转矩电流时均需用到同步电机的磁链参数，由于磁链参数本身的精度较低，而且易受电机参数的影响，所以导致了测量到的电机转矩和转矩电流的精度均较低，易受电机参数的影响。另外，现有技术中测量的负载转矩容易受到负载类型的影响，导致得到的负载转矩的误差较大。可见，现有技术在抑制同步电机动态速降时所测量的诸多参数均存在测量精度较低的问题，从而导致难以对同步电机动态速降进行有效的抑制。综上所述可以看出，如何实现对同步电机动态速降的有效抑制是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种抑制同步电机动态速降的控制系统及方法，实现了对同步电机动态速降的有效抑制。其具体方案如下：一种抑制同步电机动态速降的控制系统，应用于同步电机，所述同步电机的供电装置为三电平逆变器；所述控制系统包括：参数采集装置，用于采集所述三电平逆变器的输出相电压参数和相电流参数，以及采集所述同步电机的实际角频率；电机转矩测量装置，用于根据所述输出相电压参数、所述相电流参数和所述实际角频率，计算得到所述同步电机的电机转矩；负载转矩测量装置，用于根据负载特性参数、所述实际角频率和所述电机转矩，计算得到负载转矩；磁链测量装置，用于根据所述输出相电压参数和所述相电流参数，计算得到所述同步电机的磁链；负载转矩电流测量装置，用于根据所述负载转矩和所述磁链，计算得到负载转矩电流；逆变器控制装置，用于接收所述负载转矩电流，根据所述负载转矩电流，生成用于控制所述三电平逆变器的脉冲触发信号，并发送所述脉冲触发信号到所述三电平逆变器，以抑制所述同步电机的动态速降。优选的，所述负载转矩测量装置包括PI调节器、减法处理模块、一阶惯性环节和低通滤波模块；所述PI调节器，用于接收所述负载特性参数、所述实际角频率和所述一阶惯性环节输出的虚拟角频率；根据所述负载特性参数，对所述PI调节器的内部参数进行调整，得到调整后的PI参数；利用所述调整后的PI参数对所述实际角频率和所述虚拟角频率进行调节处理，得到相应的观测负载转矩，并将所述观测负载转矩传送到所述减法处理模块和所述低通滤波模块；所述减法处理模块，用于接收所述电机转矩和所述观测负载转矩；对所述电机转矩和所述观测负载转矩进行相减处理，得到相应的差值；将所述差值传送到所述一阶惯性环节；所述一阶惯性环节，用于根据所述差值，得到所述虚拟角频率，并将所述虚拟角频率传送到所述PI调节器；所述低通滤波模块，用于对所述观测负载转矩进行低通滤波处理，得到所述负载转矩。优选的，所述PI调节器，还用于在根据所述负载特性参数，对所述PI调节器的内部参数进行调整的过程中，计算所述虚拟角频率与所述实际角频率之间的差值，并利用该差值对所述PI调节器的内部参数进行参数修正处理。优选的，所述负载特性参数包括负载硬度参数和负载宽度参数。优选的，所述参数采集装置包括电阻分压器、电压采集板、FPGA、电流传感器和速度传感器；所述电阻分压器，用于对所述三电平逆变器输出的初始电压进行电阻分压处理，得到分压后的电压信号；所述电压采集板，用于对所述分压后的电压信号进行隔离、滤波和采样处理，得到相应的采样电压；所述FPGA，用于对所述采样电压进行模数转换、采样、平均值计算处理和电压转换，得到所述输出相电压参数；所述电流传感器，用于对所述三电平逆变器的电流信号进行采集，得到所述相电流参数；所述速度传感器，用于对所述同步电机的角频率进行采集，得到所述实际角频率。相应的，本专利技术还公开了一种抑制同步电机动态速降的控制方法，应用于同步电机，所述同步电机的供电装置为三电平逆变器；所述控制方法包括：采集所述三电平逆变器的输出相电压参数和相电流参数，以及采集所述同步电机的实际角频率；根据所述输出相电压参数、所述相电流参数和所述实际角频率，计算得到所述同步电机的电机转矩；根据负载特性参数、所述实际角频率和所述电机转矩，计算得到负载转矩；根据所述输出相电压参数和所述相电流参数，计算得到所述同步电机的磁链；根据所述负载转矩和所述磁链，计算得到负载转矩电流；根据所述负载转矩电流，生成用于控制所述三电平逆变器的脉冲触发信号，并发送所述脉冲触发信号到所述三电平逆变器，以抑制所述同步电机的动态速降。优选的，所述根据负载特性参数、所述实际角频率和所述电机转矩，计算得到负载转矩的过程包括：根据所述负载特性参数，对PI调节器的内部参数进行调整，得到调整后的PI参数；利用所述调整后的PI参数对所述实际角频率和虚拟角频率进行调节处理，得到相应的观测负载转矩；其中，所述虚拟角频率为将所述电机转矩和所述观测负载转矩之间的差值输入到一阶惯性环节得到的；对所述观测负载转矩进行低通滤波处理，得到所述负载转矩。优选的，所述根据所述负载特性参数，对所述PI调节器的内部参数进行调整的过程中还包括：计算所述虚拟角频率与所述实际角频率之间的差值，并利用该差值对所述PI调节器的内部参数进行参数修正处理。优选的，所述负载特性参数包括负载硬度参数和负载宽度参数。优选的，所述采集所述三电平逆变器的输出相电压参数和相电流参数，以及采集所述同步电机的实际角频率的过程包括：对所述三电平逆变器输出的初始电压进行电阻分压处理，得到分压后的电压信号，对所述分压后的电压信号进行隔离、滤波和采样处理，得到相应的采样电压，对所述采样电压进行模数转换、采样、平均值计算处理和电压转换，得到所述输出相电压参数；对所述三电平逆变器的电流信号进行采集，得到所述相电流参数；对所述同步电机的角频率进行采集，得到所述实际角频率。本专利技术中，只在计算负载转矩电流时用到了同步电机的磁链，而在计算电机转矩时则无需用到磁链，相比于现有技术中在计算电机转矩和负载转矩电流时均需用到同步电机的磁链参数的情况，可知本专利技术有效地提高了电机转矩的计算精度；而本专利技术在根据负载特性参数、所述实际角频率和所述电机转矩，计算负载转矩时，由于所需的电机转矩的精度较高，而且由于计算同步电机的负载转矩的过程中，考虑到了负载特性参数对负载转矩的影响，从而使得最终得到的负载转矩具有较高的精度，进而使得用于生成脉冲触发信号的负载转矩电流也具有较高的精度。综上可见，本专利技术提高了电机转矩、负载转矩和负载转矩电流的测量精度，从而实现了对同步电机动态速降的有效抑制。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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专利技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例公开的一种抑制同步电机动态速降的控制系统结构示意图；图2为本专利技术实施例公开的一种负载转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抑制同步电机动态速降的控制系统，其特征在于，应用于同步电机，所述同步电机的供电装置为三电平逆变器；所述控制系统包括：参数采集装置，用于采集所述三电平逆变器的输出相电压参数和相电流参数，以及采集所述同步电机的实际角频率；电机转矩测量装置，用于根据所述输出相电压参数、所述相电流参数和所述实际角频率，计算得到所述同步电机的电机转矩；负载转矩测量装置，用于根据负载特性参数、所述实际角频率和所述电机转矩，计算得到负载转矩；磁链测量装置，用于根据所述输出相电压参数和所述相电流参数，计算得到所述同步电机的磁链；负载转矩电流测量装置，用于根据所述负载转矩和所述磁链，计算得到负载转矩电流；逆变器控制装置，用于接收所述负载转矩电流，根据所述负载转矩电流，生成用于控制所述三电平逆变器的脉冲触发信号，并发送所述脉冲触发信号到所述三电平逆变器，以抑制所述同步电机的动态速降。

【技术特征摘要】
1.一种抑制同步电机动态速降的控制系统，其特征在于，应用于同步电机，所述同步电机的供电装置为三电平逆变器；所述控制系统包括：参数采集装置，用于采集所述三电平逆变器的输出相电压参数和相电流参数，以及采集所述同步电机的实际角频率；电机转矩测量装置，用于根据所述输出相电压参数、所述相电流参数和所述实际角频率，计算得到所述同步电机的电机转矩；负载转矩测量装置，用于根据负载特性参数、所述实际角频率和所述电机转矩，计算得到负载转矩；磁链测量装置，用于根据所述输出相电压参数和所述相电流参数，计算得到所述同步电机的磁链；负载转矩电流测量装置，用于根据所述负载转矩和所述磁链，计算得到负载转矩电流；逆变器控制装置，用于接收所述负载转矩电流，根据所述负载转矩电流，生成用于控制所述三电平逆变器的脉冲触发信号，并发送所述脉冲触发信号到所述三电平逆变器，以抑制所述同步电机的动态速降；其中，所述电机转矩测量装置计算所述电机转矩的具体过程为：式中，Pe_avg为电机输出功率Pe的平均值，ωm表示所述实际角频率；Pe的计算公式为：Pe＝1.5(uαiα+uβiβ)；其中，uα＝ua，iα＝ia，ua和ub表示所述三电平逆变器的输出相电压参数，ia和ib表示所述三电平逆变器的相电流参数。2.根据权利要求1所述的抑制同步电机动态速降的控制系统，其特征在于，所述负载转矩测量装置包括PI调节器、减法处理模块、一阶惯性环节和低通滤波模块；所述PI调节器，用于接收所述负载特性参数、所述实际角频率和所述一阶惯性环节输出的虚拟角频率；根据所述负载特性参数，对所述PI调节器的内部参数进行调整，得到调整后的PI参数；利用所述调整后的PI参数对所述实际角频率和所述虚拟角频率进行调节处理，得到相应的观测负载转矩，并将所述观测负载转矩传送到所述减法处理模块和所述低通滤波模块；所述减法处理模块，用于接收所述电机转矩和所述观测负载转矩；对所述电机转矩和所述观测负载转矩进行相减处理，得到相应的差值；将所述差值传送到所述一阶惯性环节；所述一阶惯性环节，用于根据所述差值，得到所述虚拟角频率，并将所述虚拟角频率传送到所述PI调节器；所述低通滤波模块，用于对所述观测负载转矩进行低通滤波处理，得到所述负载转矩。3.根据权利要求2所述的抑制同步电机动态速降的控制系统，其特征在于，所述PI调节器，还用于在根据所述负载特性参数，对所述PI调节器的内部参数进行调整的过程中，计算所述虚拟角频率与所述实际角频率之间的差值，并利用该差值对所述PI调节器的内部参数进行参数修正处理。4.根据权利要求1至3任一项所述的抑制同步电机动态速降的控制系统，其特征在于，所述负载特性参数包括负载硬度参数和负载宽度参数。5.根据权利要求1或2所述的抑制同步电机动态速降的控制系统，其特征在于，所述参数采集装置包括电阻分压器、电压采集板、FPGA、电流传感器和速度传感器；所述电阻分压器，用于对所述三电平逆变器输出的初始电压进行电阻分压处理，得到分压后的电压信号；所述电压采集板，用于对所述分压后的电压信...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯江华，刘可安，尚敬，许峻峰，南永辉，梅文庆，张朝阳，刘华东，
申请(专利权)人：南车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43