一种三级电励磁式同步电机动态起动控制方法技术

本发明专利技术涉及一种三级电励磁式同步电机动态起动控制方法，通过对电机起动条件的判断，采取相对应的控制策略，实现三级电励磁式同步电机起动转速在0～1500rpm范围内的动态起动功能。本发明专利技术所述的三级电励磁同步电机动态起动控制方法具有以下优点：1)实现了电机的带转速起动功能，减小了起动失败时因发动机油管中大量高温航空煤油无法及时导出给航空发动机带来的危害；2)对主发电机定子电流进行限幅PI调节，可有效减少因主发电流过大而烧坏器件情况的发生，提高了系统的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种三级电励磁式同步电机动态起动控制方法
本专利技术属于交流电机传动控制
，涉及一种三级电励磁式同步电机动态起动控制方法。
技术介绍
在航空大功率交流电源系统中，三级电励磁式同步电机(原理框图见图1)作为发电机已得到广泛应用。在起动/发电一体化系统中，使用该电机依次运行在电动和发电状态，能减少一套专用的起动机构，可有效降低航空电源系统的复杂程度、减轻重量、提高可靠性。目前，国内已开展的针对三级电励磁式同步电机起动控制方法的相关研究工作，大多基于传统的矢量控制方法和直接转矩控制方法，且仿真研究居多，部分实验采用普通的电励磁同步电机进行验证。目前有一种航空三级电励磁式同步电机起动控制方法如下：通过直接控制电压矢量的模值及电压矢量与主发电机转子夹角的方式确定控制器输出电压矢量，再以空间矢量调制(SpaceVectorModulation,SVM)的方式发出三相全桥逆变器的开关信号，控制逆变器驱动主发电机，实现三级电励磁式同步电机起动功能；经采用一台三级电励磁式同步电机和MAGTROL公司的2PT115-T/2PT115-P加载台模拟航空发动机的起动实验，实验结果表明该控制方法能使该电机完成航空发动机的起动。飞机在地面起动过程中，由于某种原因导致发动机点火失败的情况是不可避免的。发动机点火失败后，发动机油管中会存留大量的高温航空煤油，若不及时将油管中的热油甩出，很可能会因煤油自燃损坏发动机，更严重者会发生爆炸，造成重大事故。由于惯性和摩擦阻力的综合作用，发动机转速不会突降为零，与其同轴相连的三级电励磁式同步电机转速也同样变化，出于对发动机安全性的考虑，在转速降为零之前就需要将电机再次起动。这种电机带转速情况下的起动称为电机动态起动。在后期模拟航空发动机动态起动实验发现，现有控制方法尚有不足之处，无法完成航空发动机的动态起动。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种三级电励磁式同步电机动态起动控制方法。技术方案一种三级电励磁式同步电机动态起动控制方法，其特征在于步骤如下：根据当前电机转速确定为静止起动状态时：步骤a1：依据电机转速参考值Ω*和电机转速反馈值Ω进行速度环限幅PI调节，得到当前调制电压矢量值us*；步骤a2：计算ABC三相坐标系下定子电流矢量is＝iA+aiB+a2iC，其中：iA、iB、iC为主发电机定子三相电流，为复数运算符号，其作用是使一个向量正转120°；步骤a3：将ABC三相坐标系变换为两相静止坐标系αβ0，得在αβ0坐标系下沿α轴的分量以及沿β轴的分量定子三相电流在dq0坐标系下沿d、q轴的分量为id、iq；将两相静止坐标系αβ0变换到两相旋转坐标系dq0，得式中为α轴与d轴的夹角；步骤a4：计算定子电流矢量is与主发电机转子d轴的夹角θis＝tan-1(iq/id)；依据参考值θis*和定子电流矢量is与主发电机转子d轴的夹角θis进行限幅PI调节，该PI输出值为当前调制电压矢量us*与主发电机转子d轴的夹角θus*；根据当前电机转速确定为动态起动状态时：步骤b1：根据当前电机转速的大小计算速度调节器积分初值，依据电机转速参考值Ω*和电机转速反馈值Ω进行速度限幅PI调节；步骤b2：根据主发电机定子电流矢量参考值is*和由式is＝iA+aiB+a2iC求模运算得到的当前电流矢量值is，通过电流调节器进行电流限幅PI调节；步骤b3：依据速度限幅PI调节输出值和电流限幅PI调节输出值，经求和运算得到当前调制电压矢量值us*；步骤b4：起动初始的3s内，给当前调制电压矢量us*与主发电机转子d轴的夹角θus*赋初值90°，不进行PI调节；3s后，依据定子电流矢量is与主发电机转子d轴夹角参考值θis*和由当前id与iq求出的θis进行限幅PI调节，其PI输出值即为当前调制电压矢量us*与主发电机转子d轴的夹角θus*；步骤b5：根据空间矢量调制方法SVM对电压矢量us*进行矢量合成，得到逆变器所需要的三相开关控制信号。有益效果本专利技术提出的一种三级电励磁式同步电机动态起动控制方法，通过对电机起动条件的判断，采取相对应的控制策略，实现三级电励磁式同步电机起动转速在0～1500rpm范围内的动态起动功能。本专利技术所述的三级电励磁同步电机动态起动控制方法具有以下优点：1)实现了电机的带转速起动功能，减小了起动失败时因发动机油管中大量高温航空煤油无法及时导出给航空发动机带来的危害；2)对主发电机定子电流进行限幅PI调节，可有效减少因主发电流过大而烧坏器件情况的发生，提高了系统的安全性。附图说明图1：三级电励磁式同步电机系统结构图图2：静止起动系统控制原理图图3：动态起动系统控制原理图(不对角θis进行PI调节)图4：动态起动系统控制原理图(对角θis进行PI调节)图5：坐标系变换关系图图6：空间电压矢量us*合成图图7：起动转速为1000(r/min)的动态起动速度转矩图图8：连续动态起动多次的速度转矩图具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：本系统采用旋转变压器来检测电机转速，构成三级电励磁式同步电机起动控制系统。为验证本专利技术方法，采用MAGTROL公司的2PT115-T/2PT115-P加载台模拟航空发动机负载，利用一台三级电励磁式同步电机搭建了验证平台。本专利技术解决的技术问题含有以下步骤：(1)获取当前电机转速，判断是静止起动还是动态起动。a)静止起动：①依据电机转速参考值Ω*和电机转速反馈值Ω进行速度环限幅PI调节，得到当前调制电压矢量值us*；②采集主发电机定子三相电流iA、iB、iC，在三相坐标系(ABC)下定子电流矢量is可表示为is＝iA+aiB+a2iC，式中，为复数运算符号，其作用是使一个向量正转120°；③通过三相坐标系(ABC)到两相静止坐标系(αβ0)的变换，可得在αβ0坐标系下沿α轴的分量以及沿β轴的分量定子三相电流在dq0坐标系下沿d、q轴的分量为id、iq，通过两相静止坐标系(αβ0)到两相旋转坐标系(dq0)的变换，可得式中为α轴与d轴的夹角；④由id、iq可得定子电流矢量is与主发电机转子d轴的夹角θis，即θis＝tan-1(iq/id)；依据参考值θis*和定子电流矢量is与主发电机转子d轴的夹角θis进行限幅PI调节，该PI输出值即为当前调制电压矢量us*与主发电机转子d轴的夹角θus*。b)动态起动：①根据当前电机转速的大小计算速度调节器积分初值，依据电机转速参考值Ω*和电机转速反馈值Ω进行速度限幅PI调节；②根据主发电机定子电流矢量参考值is*和由式is＝iA+aiB+a2iC求模运算得到的当前电流矢量值is，通过电流调节器进行电流限幅PI调节；③依据以上两步计算出的速度限幅PI调节输出值和电流限幅PI调节输出值，经求和运算得到当前调制电压矢量值us*；④起动初始的3s内，给当前调制电压矢量us*与主发电机转子d轴的夹角θus*赋一固定初值90°，不进行PI调节；3s后，依据定子电流矢量is与主发电机转子d轴夹角参考值θis*和由当前id与iq求出的θis进行限幅PI调节，其PI输出值即为当前调制电压矢量us*与主发电机转子d轴的夹角θus*。(2)根据空间矢量调制方法SVM对电压矢量us*进行矢量合成，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三级电励磁式同步电机动态起动控制方法，其特征在于步骤如下：根据当前电机转速确定为静止起动状态时：步骤a1：依据电机转速参考值Ω*和电机转速反馈值Ω进行速度环限幅PI调节，得到当前调制电压矢量值us*；步骤a2：计算ABC三相坐标系下定子电流矢量is＝iA+aiB+a2iC，其中：iA、iB、iC为主发电机定子三相电流，为复数运算符号，其作用是使一个向量正转120°；步骤a3：将ABC三相坐标系变换未两相静止坐标系αβ0，得在αβ0坐标系下沿α轴的分量以及沿β轴的分量定子三相电流在dq0坐标系下沿d、q轴的分量为id、iq；将两相静止坐标系αβ0变换到两相旋转坐标系dq0，得式中为α轴与d轴的夹角；步骤a4：计算定子电流矢量is与主发电机转子d轴的夹角θis＝tan‑1(iq/id)；依据参考值θis*和定子电流矢量is与主发电机转子d轴的夹角θis进行限幅PI调节，该PI输出值为当前调制电压矢量us*与主发电机转子d轴的夹角θus*；根据当前电机转速确定为动态起动状态时：步骤b1：根据当前电机转速的大小计算速度调节器积分初值，依据电机转速参考值Ω*和电机转速反馈值Ω进行速度限幅PI调节；步骤b2：根据主发电机定子电流矢量参考值is*和由式is＝iA+aiB+a2iC求模运算得到的当前电流矢量值is，通过电流调节器进行电流限幅PI调节；步骤b3：依据速度限幅PI调节输出值和电流限幅PI调节输出值，经求和运算得到当前调制电压矢量值us*；步骤b4：起动初始的3s内，给当前调制电压矢量us*与主发电机转子d轴的夹角θus*赋初值90°，不进行PI调节；3s后，依据定子电流矢量is与主发电机转子d轴夹角参考值θis*和由当前id与iq求出的θis进行限幅PI调节，其PI输出值即为当前调制电压矢量us*与主发电机转子d轴的夹角θus*；步骤b5：根据空间矢量调制方法SVM对电压矢量us*进行矢量合成，得到逆变器所需要的三相开关控制信号。...

【技术特征摘要】
1.一种三级电励磁式同步电机动态起动控制方法，其特征在于步骤如下：根据当前电机转速确定为静止起动状态时：步骤a1：依据电机转速参考值Ω*和电机转速反馈值Ω进行速度环限幅PI调节，得到当前调制电压矢量值us*；步骤a2：计算ABC三相坐标系下定子电流矢量is＝iA+aiB+a2iC，其中：iA、iB、iC为主发电机定子三相电流，为复数运算符号，其作用是使一个向量正转120°；步骤a3：将ABC三相坐标系变换为两相静止坐标系αβ0，得在αβ0坐标系下沿α轴的分量以及沿β轴的分量定子三相电流在dq0坐标系下沿d、q轴的分量为id、iq；将两相静止坐标系αβ0变换到两相旋转坐标系dq0，得式中为α轴与d轴的夹角；步骤a4：计算定子电流矢量is与主发电机转子d轴的夹角θis＝tan-1(iq/id)；依据参考值θis*和定子电流矢量is与主发电机转子d轴的夹角θis进行限幅PI调节，该PI输出值为当前调制电压矢量us*与主发电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟涛，刘卫国，彭纪昌，王锐，周卫华，姜宇，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61