一种双馈电机无速度传感器的控制器设计方法技术

本发明专利技术公开了一种双馈电机无速度传感器的控制器设计方法，包括以下步骤：针对基于转子电流的模型参考自适应观测器在励磁电感Lm饱和时的转子位置角观测误差，计算双馈电机全运行区间内转子位置角观测误差的最大变化范围；设计双馈电机无速度传感器控制算法的主控制器输出电压和辅助控制器输出电压；将主控制器输出电压和辅助控制器输出电压分别按d、q轴相加，得到同步旋转坐标系中的转子控制电压；采用空间矢量PWM调制产生驱动脉冲，用于控制双馈电机的转子侧变流器。本发明专利技术对励磁电感饱和具有很强的鲁棒性，可令双馈电机无速度传感器控制方法更加可靠，对于促进其实际工程应用具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力拖动领域，涉及双馈电机无速度传感器控制，特别涉及一种双馈电机无速度传感器的控制器设计方法。
技术介绍
双馈电机的电磁转矩和无功功率可灵活独立调节，且用于励磁控制的变流器的容量大约只需电机额度容量的30％，成本较低，是当前变频调速和变速发电的主流机型之一。双馈电机的无速度传感器控制，可降低系统成本，提高系统可靠性，减少系统安装和维护工作，且能使系统更加适应于在恶劣环境下工作，因此一直是电力拖动领域的研究热点。目前，双馈电机的无速度传感器控制，主要采用模型参考自适应观测器获取双馈电机的转速和转子位置角信息。其中，转速观测值用于实现转速闭环控制，转子位置角观测值则用于实现定子、转子的电压、电流和磁通等物理量的旋转坐标变换和反变换。现有的模型参考自适应观测器，无法克服双馈电机参数误差对转子位置角观测结果的影响。以基于转子电流的模型参考自适应观测器为例，当励磁电感饱和时，其转子位置角观测值存在较大误差，会影响双馈电机无速度传感器控制的性能，在某些条件下甚至会导致系统失稳。该问题严重制约了双馈电机无速度传感器控制方法在实际工程中的应用
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种双馈电机无速度传感器的控制器设计方法。针对励磁电感饱和情况下基于转子电流的模型参考自适应观测器的转子位置角观测误差对双馈电机无速度传感器控制性能的影响，通过计算双馈电机在全运行区间内转子位置角观测误差的最大变化范围，有针对性地设计辅助控制器及其参数，保证励磁电感饱和时双馈电机无速度传感器控制方法仍能正常运行。为实现上述目的，本专利技术采取以下的技术方案实现:一种双馈电机无速度传感器的控制器设计方法，包括以下步骤：步骤1：针对基于转子电流的模型参考自适应观测器在励磁电感Lm饱和时的转子位置角观测误差，采用如下公式计算双馈电机全运行区间内转子位置角观测误差的最大变化范围：Δθr=tan-1(iqr-ΔKmLlsiqsidr-ΔKmLlsids+ΔKmλds)-tan-1(iqridr)]]>其中，λds为定子d轴磁链的实际值，步骤2：先不考虑励磁电感饱和导致的转子位置角观测误差，设计双馈电机无速度传感器控制算法的主控制器输出电压如下：其中，Lσm=Lm-LrLsLm,ΔTe=Te*-Te,ΔQs=Qs*-Qs,]]>udr主控制和uqr主控制分别是主控制器输出的转子d轴和q轴电压，k为控制器常数，Ls和Lr分别为定子和转子电感，Rr为转子电阻，pn为双馈电机极对数，和Te分别为电磁转矩参考值和实际值，和Qs分别为定子无功功率参考值和实际值，ωe为电网同步角速度；步骤3：针对励磁电感饱和导致的转子位置角观测误差对双馈电机无速度传感器控制算法的影响，设计辅助控制器输出电压如下：其中，udr辅助控制和uqr辅助控制分别是辅助控制器输出的转子d轴和q轴电压，satTe和satQs为饱和函数，KTe1、KTe2、KQs1、KQs2为辅助控制器参数；根据步骤1所计算出的励磁电感饱和时双馈电机全运行区间内转子位置角观测误差Δθr的最大变化范围，结合双馈电机全运行区间内定子磁链λds、电磁转矩Te、无功功率Qs、转差角速度ωslip、转子电压udr和uqr的最大变化范围，按如下公式设计辅助控制器参数：Kte1≥max|2kLσm3pnλdscosΔθr-1cosΔθr|KTe2≥max|cosΔθr-1cosΔθr(2Lσm3pnλdsdTe*dt-2RrLsTe3pnλdsLm+2LσmωslipQs3λdsωe+LrωslipλdsLm)-tanΔθrudr|KQs1≥max|2kLσm3ωeλsdcosΔr-1cosΔθr|KQs2≥max|cosΔθr-1cosΔθr(2Lσm3ωeλdsdQs*dt-2RrLsQs3Lmωeλds-2LσmωslipTe3pnλds+RrλdsLm)+tanΔθruqr|;]]>步骤4：将步骤2所设计的主控制器输出电压和步骤3所设计的辅助控制器输出电压分别按d、q轴相加，得到同步旋转坐标系中的转子控制电压如下：步骤5：将定子磁链矢量的相位角减去步骤1所述的转子位置角观测值采用所获得的角度差将步骤4所述的udr和uqr从同步旋转坐标系变换到转子坐标系，并采用空间矢量PWM调制产生驱动脉冲，用于控制双馈电机的转子侧变流器。进一步地，在步骤1中，基于转子电流的模型参考自适应观测器的数学模型如下：i→^r=λ→s-(Lm+Lls)i→sLme-jθ^rω^r=kpidri^qr-i^driqr|i→r||i→^r|+ki∫idri^qr-i^driqr|i→r||i→^r|dtθ^r=∫ω^rdt;]]>其中，Lm和Lls分别为励磁电感和定子漏感，和分别为定子电流矢量和定子磁链矢量的实际值，和分别为转子电流矢量的实际值和观测值，idr和分别为转子d轴电流的实际值和观测值，iqr和分别为转子q轴电流的实际值和观测值，和分别为转子旋转速度和位置角的观测值，kp和ki分别为观测器的比例系数和积分系数。本专利技术的有益效果：本专利技术针对励磁电感饱和情况下基于转子电流的模型参考自适应观测器的转子位置角观测误差对双馈电机无速度传感器控制性能的影响，通过计算双馈电机在全运行区间内转子位置角观测误差的最大变化范围，有针对性地设计辅助控制器及其参数，克服励磁电感饱和导致的转子位置角观测误差对双馈电机无速度传感器控制性能的影响，保证励磁电感饱和时双馈电机无本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双馈电机无速度传感器的控制器设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：针对基于转子电流的模型参考自适应观测器在励磁电感Lm饱和时的转子位置角观测误差，采用如下公式计算双馈电机全运行区间内转子位置角观测误差的最大变化范围：Δθr=tan-1(iqr-ΔKmLlsiqsidr-ΔKmLlsids+ΔKmλds)-tan-1(iqridr);]]>其中，λds为定子d轴磁链的实际值，步骤2：先不考虑励磁电感饱和导致的转子位置角观测误差，设计双馈电机无速度传感器控制算法的主控制器输出电压如下：其中，Lσm=Lm-LrLsLm,]]>ΔTe=Te*-Te,]]>ΔQs=Qs*-Qs,]]>udr主控制和uqr主控制分别是主控制器输出的转子d轴和q轴电压，k为控制器常数，Ls和Lr分别为定子和转子电感，Rr为转子电阻，pn为双馈电机极对数，和Te分别为电磁转矩参考值和实际值，和Qs分别为定子无功功率参考值和实际值，ωe为电网同步角速度；步骤3：针对励磁电感饱和导致的转子位置角观测误差对双馈电机无速度传感器控制算法的影响，设计辅助控制器输出电压如下：其中，udr辅助控制和uqr辅助控制分别是辅助控制器输出的转子d轴和q轴电压，satTe和satQs为饱和函数，KTe1、KTe2、KQs1、KQs2为辅助控制器参数；根据步骤1所计算出的励磁电感饱和时双馈电机全运行区间内转子位置角观测误差Δθr的最大变化范围，结合双馈电机全运行区间内定子磁链λds、电磁转矩Te、无功功率Qs、转差角速度ωslip、转子电压udr和uqr的最大变化范围，按如下公式设计辅助控制器参数：KTe1≥max|2kLσm3pnλdscosΔθr-1cosΔθr|KTe2≥max|cosΔθr-1cosΔθr(2Lσm3pnλdsdTe*dt-2RrLsTe3pnλdsLm+2LσmωslipQs3λdsωe+LrωslipλdsLm)-tanΔθrudr|KQs1≥max|2kLσm3ωeλdscosΔθr-1cosΔθr|KQs2≥max|cosΔθr-1cosΔθr(2Lσm3ωeλdsdQe*dt-2RrLsQs3Lmωeλds-2LσmωslipTe3pnλds+RrλdsLm)+tanΔθruqr|;]]>步骤4：将步骤2所设计的主控制器输出电压和步骤3所设计的辅助控制器输出电压分别按d、q轴相加，得到同步旋转坐标系中的转子控制电压如下：步骤5：将定子磁链矢量的相位角减去步骤1所述的转子位置角观测值采用所获得的角度差将步骤4所述的udr和uqr从同步旋转坐标系变换到转子坐标系，并采用空间矢量PWM调制产生驱动脉冲，用于控制双馈电机的转子侧变流器。...

【技术特征摘要】
1.一种双馈电机无速度传感器的控制器设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：针对基于转子电流的模型参考自适应观测器在励磁电感Lm饱和时
的转子位置角观测误差，采用如下公式计算双馈电机全运行区间内转子位置角
观测误差的最大变化范围：
Δθr=tan-1(iqr-ΔKmLlsiqsidr-ΔKmLlsids+ΔKmλds)-tan-1(iqridr);]]>其中，λds为定子d轴磁链的实际值，步骤2：先不考虑励磁电感饱和导致的转子位置角观测误差，设计双馈电
机无速度传感器控制算法的主控制器输出电压如下：
其中，Lσm=Lm-LrLsLm,]]>ΔTe=Te*-Te,]]>ΔQs=Qs*-Qs,]]>udr主控制和uqr主控制分别是主控制器输出的转子d轴和q轴电压，k为控制器常数，Ls和Lr分别为
定子和转子电感，Rr为转子电阻，pn为双馈电机极对数，和Te分别为电磁
转矩参考值和实际值，和Qs分别为定子无功功率参考值和实际值，ωe为电网
同步角速度；
步骤3：针对励磁电感饱和导致的转子位置角观测误差对双馈电机无速度
传感器控制算法的影响，设计辅助控制器输出电压如下：
其中，udr辅助控制和uqr辅助控制分别是辅助控制器输出的转子d轴和q轴电压，satTe和satQs为饱和函数，KTe1、KTe2、KQs1、KQs2为辅助控制器参数；
根据步骤1所计算出的励磁电感饱和时双馈电机全运行区间内转子位置角
观测误差Δθr的最大变化范围，结合双馈电机全运行区间内定子磁链λds、电磁
转矩Te、无功功率Qs、转差角速度ωslip、转子电压udr和uqr的最大变化范围，按
如下公式设计辅助控制器参数：
KTe1≥max|2kLσm3pnλdscosΔθr-1cosΔθr|KTe2≥max|cosΔθr-1cosΔθr(2Lσm3pnλdsdTe*dt-2RrLsTe3pnλdsLm+2LσmωslipQs3&l...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思哲，熊国专，唐雄民，章云，张淼，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44