一种用于异步电机的控制系统及采用此系统的控制方法技术方案

本发明专利技术的第一目的在于提供一种用于异步电机的控制系统，包括转矩给定模块、弱磁查表模块、坐标变换模块、转矩电流修正模块、PI运算和解耦模块以及坐标变换及SVPWM模块。本发明专利技术具有结构精简、适用于异步电机且操作方便的优势。本发明专利技术的第二目的在于提供一种控制方法，具有转矩动态响应时间短和不存在电压饱和现象的特点，具体包括以下步骤：第一步：获取弱磁表；第二步：转矩电流修正模块输出修正后的交轴电流给定值；坐标变换模块输出直轴电流实际值和交轴电流实际值；第三步：PI运算和解耦模块输出直轴电压给定值和交轴电压给定值；第四步：坐标变换及SVPWM模块对异步电机的运行进行控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电机控制
，具体涉及一种用于异步电机的控制系统及采用此系统的控制方法。
技术介绍
随着空气污染治理压力加剧，国家越来越重视新能源汽车的推广。纯电动汽车零排放的优点使其成为新能源汽车主力军。其中纯电动物流车以其独特的使用环境备受关注。异步电机以其低成本优势占据着低端车大部分市场。为了获得较宽的调速范围，异步电机只能通过弱磁控制调节直轴励磁电流来维持高速时的电压平衡。现有的异步电机弱磁控制方法主要有：1、传统弱磁法，传统弱磁法即励磁电流与转速成反比，该方法往往会使电压提前达到饱和而限制进一步升速。2、电压闭环PI弱磁法，电压闭环PI弱磁法无法避免由于瞬间干扰或者抖动导致的错误控制，且由于电压环积分环节的存在会导致转矩动态响应时间较长。综上所述，急需一种适用于异步电机且具有转矩动态响应快和系统稳定性好的控制系统及其控制方法以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种结构精简、适用于异步电机且操作方便的控制系统，具体技术方案如下：一种用于异步电机的控制系统，包括转矩给定模块、分别与异步电机连接的弱磁查表模块和坐标变换模块、同时与所述转矩给定模块和所述弱磁查表模块两者连接的转矩电流修正模块、同时与所述弱磁查表模块、坐标变换模块和转矩电流修正模块三者连接的PI运算和解耦模块以及同时与异步电机和所述PI运算和解耦模块两者连接的坐标变换及SVPWM模块；所述转矩给定模块根据转矩给定值输出交轴电流给定值；所述弱磁查表模块根据输入的电机实际转速和弱磁前直轴电流给定值得到直轴电流给定值进行输出；所述坐标变换模块根据输入的A相电流值和B相电流值，经clark变换和park变换得到同步旋转坐标系下的直轴电流实际值和交轴电流实际值进行输出；所述转矩电流修正模块根据输入的交轴电流给定值和直轴电流给定值，对比弱磁前的直轴电流给定值和弱磁后的直轴电流给定值来确定弱磁系数，最后输出修正后的交轴电流给定值；所述PI运算和解耦模块根据输入的修正后的交轴电流给定值、直轴电流给定值、交轴电流实际值以及直轴电流实际值输出直轴电压给定值和交轴电压给定值；所述坐标变换及SVPWM模块根据输入的直轴电压给定值和交轴电压给定值输出连异步电机，实现对异步电机的运行进行控制。以上技术方案中优选的，所述PI运算和解耦模块采用PI调节器，实现解耦。本专利技术的第二目的在于提供一种异步电机的控制方法，具有因不存在电压闭环的积分环节而使其转矩动态响应时间非常短以及不存在电压饱和现象的特点，具体技术方案是：一种控制方法，包括以下步骤：第一步：获取弱磁表，并将弱磁表置入所述弱磁查表模块中，所述弱磁查表模块根据电机实际转速和弱磁前直轴电流给定值得到直轴电流给定值进行输出；通过所述转矩给定模块根据转矩给定值通过分段拟合的方法得到交轴电流给定值进行输出；第二步：所述转矩电流修正模块根据第一步中输出的直轴电流给定值和交轴电流给定值对比弱磁前的直轴电流给定值和弱磁后的直轴电流给定值来确定弱磁系数，输出修正后的交轴电流给定值；所述坐标变换模块根据异步电机的A相电流值和B相电流值，经clark变换和park变换输出同步旋转坐标系下的直轴电流实际值和交轴电流实际值；第三步：所述PI运算和解耦模块根据第二步中输出的修正后的交轴电流给定值、交轴电流实际值和直轴电流实际值以及第一步中输出的直轴电流给定值输出直轴电压给定值和交轴电压给定值；第四步：所述坐标变换及SVPWM模块根据第三步中输出的直轴电压给定值和交轴电压给定值对异步电机的运行进行控制。以上技术方案中优选的，所述第一步中弱磁表的具体获得方法是：采用恒压频比开环控制异步电机，使异步电机在额定转速和额定电压下空载运行，记录此时三相电流的有效值，取三相电流的有效值的平均值作为额定励磁电流；等比例系数k2减小给定电压值，记录相应的三相电流平均值，其中：电压取点为U、(1-k2)U、(1-2*k2)U、……、(1-n*k2)U，对应的转速取点为n、n/(1-k2)、n/(1-2*k2)、……、n/(1-n*k2)；取每相邻两点拟合成直线即得弱磁表。以上技术方案中优选的，所述第一步中分段拟合的方法具体是：给定额定励磁电流，直轴电流给定值从0开始以步长为2A逐渐增加至异步电机的最大输出扭矩，记录相应的扭矩值；采用最小二乘法得到拟合直线；将该拟合直线置入所述转矩给定模块中，给定直轴电流给定值从0开始，步长为2逐渐增加直至异步电机的最大输出扭矩，记录实际扭矩值，计算各点相应的扭矩偏差；以扭矩偏差超过3牛米的点为端点，将直线分成依次连接的若干段，同一段内除去端点外其他各点的扭矩偏差不超过3牛米。以上技术方案中优选的，所述第二步中输出修正后的交轴电流给定值具体通过以下方法获得：获取系数K，系数K为弱磁前的直轴电流给定值与弱磁后的直轴电流给定值的比值；输出修正后的交轴电流给定值为交轴电流给定值的K倍。本专利技术的控制方法与电压闭环PI弱磁法相比，避免了积分环节带来的系统延时，提高了转矩动态响应时间；本专利技术的控制方法与传统弱磁法相比不存在电压饱和现象，增加了系统稳定性。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术优选实施例1的用于异步电机的控制系统的结构示意图；其中，1、异步电机；2.1、转矩给定模块，2.2、弱磁查表模块，2.3、坐标变换模块，2.4、转矩电流修正模块，2.5、PI运算和解耦模块，2.6、坐标变换及SVPWM模块。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。实施例1：参见图1，一种用于异步电机的控制系统，适用于型号为YBQ132-15-108V02的异步电机(还可以适合其他型号的异步电机)，具体包括转矩给定模块2.1、分别与异步电机1连接的弱磁查表模块2.2和坐标变换模块2.3、同时与所述转矩给定模块2.1和所述弱磁查表模块2.2两者连接的转矩电流修正模块2.4、同时与所述弱磁查表模块2.2、坐标变换模块2.3和转矩电流修正模块2.4三者连接的PI运算和解耦模块2.5以及同时与异步电机1和所述PI运算和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于异步电机的控制系统，其特征在于，包括转矩给定模块(2.1)、分别与异步电机(1)连接的弱磁查表模块(2.2)和坐标变换模块(2.3)、同时与所述转矩给定模块(2.1)和所述弱磁查表模块(2.2)两者连接的转矩电流修正模块(2.4)、同时与所述弱磁查表模块(2.2)、坐标变换模块(2.3)和转矩电流修正模块(2.4)三者连接的PI运算和解耦模块(2.5)以及同时与异步电机(1)和所述PI运算和解耦模块(2.5)两者连接的坐标变换及SVPWM模块(2.6)；所述转矩给定模块(2.1)根据转矩给定值得到交轴电流给定值输出给所述转矩电流修正模块(2.4)；所述弱磁查表模块(2.2)根据输入的电机实际转速和弱磁前直轴电流给定值得到直轴电流给定值输出给所述转矩电流修正模块(2.4)；所述坐标变换模块(2.3)根据输入的A相电流值和B相电流值，经clark变换和park变换输出同步旋转坐标系下的直轴电流实际值和交轴电流实际值给所述PI运算和解耦模块(2.5)；所述转矩电流修正模块(2.4)根据输入的交轴电流给定值和直轴电流给定值，对比弱磁前的直轴电流给定值和弱磁后的直轴电流给定值来确定弱磁系数，最后输出修正后的交轴电流给定值给所述PI运算和解耦模块(2.5)；所述PI运算和解耦模块(2.5)根据输入的修正后的交轴电流给定值、直轴电流给定值、交轴电流实际值以及直轴电流实际值输出直轴电压给定值和交轴电压给定值给所述坐标变换及SVPWM模块(2.6)；所述坐标变换及SVPWM模块(2.6)根据输入的直轴电压给定值和交轴电压给定值输出连异步电机，实现对异步电机的运行进行控制。...

【技术特征摘要】
1.一种用于异步电机的控制系统，其特征在于，包括转矩给定模块(2.1)、分别与异步
电机(1)连接的弱磁查表模块(2.2)和坐标变换模块(2.3)、同时与所述转矩给定模块(2.1)
和所述弱磁查表模块(2.2)两者连接的转矩电流修正模块(2.4)、同时与所述弱磁查表模块
(2.2)、坐标变换模块(2.3)和转矩电流修正模块(2.4)三者连接的PI运算和解耦模块(2.5)
以及同时与异步电机(1)和所述PI运算和解耦模块(2.5)两者连接的坐标变换及SVPWM模块
(2.6)；
所述转矩给定模块(2.1)根据转矩给定值得到交轴电流给定值输出给所述转矩电流修
正模块(2.4)；
所述弱磁查表模块(2.2)根据输入的电机实际转速和弱磁前直轴电流给定值得到直轴
电流给定值输出给所述转矩电流修正模块(2.4)；
所述坐标变换模块(2.3)根据输入的A相电流值和B相电流值，经clark变换和park变换
输出同步旋转坐标系下的直轴电流实际值和交轴电流实际值给所述PI运算和解耦模块
(2.5)；
所述转矩电流修正模块(2.4)根据输入的交轴电流给定值和直轴电流给定值，对比弱
磁前的直轴电流给定值和弱磁后的直轴电流给定值来确定弱磁系数，最后输出修正后的交
轴电流给定值给所述PI运算和解耦模块(2.5)；
所述PI运算和解耦模块(2.5)根据输入的修正后的交轴电流给定值、直轴电流给定值、
交轴电流实际值以及直轴电流实际值输出直轴电压给定值和交轴电压给定值给所述坐标
变换及SVPWM模块(2.6)；
所述坐标变换及SVPWM模块(2.6)根据输入的直轴电压给定值和交轴电压给定值输出
连异步电机，实现对异步电机的运行进行控制。
2.根据权利要求1所述的用于异步电机的控制系统，其特征在于，所述PI运算和解耦模
块(2.5)采用PI调节器，实现解耦。
3.一种用如权利要求1-2任意一项所述系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：获取弱磁表，并将弱磁表置入所述弱磁查表模块(2.2)中，所述弱磁查表模块
(2.2)根据电机实际转速和弱磁前直轴电流给定值得到直轴电流给定值进行输出；通过所
述转矩给定模块(2.1)根据转矩给定值通过分段拟合的方法得到交轴电流给定值进行输

【专利技术属性】
技术研发人员：刘竹，万炳呈，
申请(专利权)人：湖南省耐为数控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43