一种感应电动机前馈型间接矢量控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种感应电动机前馈型间接矢量控制系统及其控制方法，该控制系统包括速度控制器、Lm参数除法运算器、Tr参数除法运算器、低截止频率低通滤波器、除法运算控制器、加法运算控制器、积分控制器、两相旋转/三相静止坐标变换电路、电流滞环跟踪PWM信号发生器、电压源型逆变器和感应电动机。与传统技术相比，本发明专利技术不再需要Lm参数乘法运算器，而是增加了一个低截止频率低通滤波器，解决了传统控制系统的转子磁链矢量幅值振荡剧烈、转子磁链与电磁转矩不能很好地解耦和不能恒加速起动的难题，使得感应电动机转子磁链矢量幅值振荡大大减小，真正实现感应电动机磁链与转矩的解耦控制，使系统的控制性能达到直流双闭环调速系统的水平。

Feedforward type indirect vector control system of induction motor and control method thereof

The invention relates to a feedforward type induction motor indirect vector control system and its control method, the control system includes a speed controller, Lm parameters and Tr parameters for division division operation, low cut-off frequency of low pass filter, a division operation controller, addition operation controller, integral controller, two-phase rotating / three-phase static coordinate conversion circuit and the current hysteresis tracking PWM signal generator, voltage source inverter and induction motor. Compared with the traditional technology, the present invention eliminates the need for Lm parameter multiplication, but added a low cutoff frequency of low-pass filter to solve the problem of the rotor flux amplitude of oscillation of the traditional control system, severe rotor flux and torque is not well decoupled and not constant acceleration start, the induction motor rotor flux vector the amplitude of oscillation is greatly reduced, to realize flux and torque decoupling control of induction motors, the control performance of the system to reach the level of DC double closed loop speed regulation system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及感应电动机变频调速领域，尤其涉及利用矢量控制技术的一种感应电动机变频调速系统及控制方法。
技术介绍
感应电动机被广泛地应用于工业应用中，由于其可靠性、鲁棒性、低成本和较低的维护等原因。电机驱动的电力消耗占在工业中总电力的50％以上，而电机驱动的电力消耗的65％以上是由感应电动机消耗的。尽管感应电动机的原理早在100年前就被人们掌握，但仍有相当大的进展正在实现。这是由于材料、电力电子技术和高速数字控制器的进步。高性能的电机驱动应用需要快速的转矩响应。而电力电子设备和高速控制器的进步，可以提供快速的感应电机转矩响应控制。矢量控制是一种高动态性能的感应电动机变频控制方法。矢量控制通过控制电压、电流和磁链矢量的频率、幅值和瞬时位置，实现转矩与磁链的解耦控制，从而获得快速的转矩响应控制。矢量控制，也称磁场定向控制，于1972年被提出。达姆施塔特工业大学的K.Hasse教授提出了间接矢量控制，西门子公司的F.Blaschke工程师于提出了直接矢量控制。尽管都是矢量控制，但二者的实现方法有所不同。直接矢量控制采用磁链闭环控制方式，依靠测量或磁链观测器获得转子磁链矢量的幅值与空间位置信息，实现转矩与磁链的解耦控制；间接矢量控制采用磁链开环控制方式，依靠矢量控制方程中的转差频率计算公式求得转差频率，在与电机转速相加后，通过积分来计算转子磁链矢量的空间位置，实现转矩与磁链的解耦控制。间接矢量控制方法结构比较简单，而且可以消除动态过程中转矩电流的波动，提高调速系统的动态性能。同时，间接矢量控制在全速范围内具有更高的控制精度，尤其是在低速时。因此早期的矢量控制通用变频器基本上都是采用间接矢量控制方式。间接矢量控制方法有两种，其中常用的一种是前馈型间接矢量控制，就是利用给定输入信号实现转子磁链矢量空间位置的计算，从而实现对感应电动机的控制。异步电动机在mt同步旋转坐标系下的数学模型描述如下：ωs=LmTrψrist---(2)]]>Te=npLmLristψr---(5)]]>Te-TL=Jnpdωrdt---(6)]]>式中，Lr为转子电感，Lm为定、转子之间互感，Ls为定子电感，Rr为转子电阻，Rs为定子电阻，Tr为转子时间常数，ωs为转差角速度，ωr为转子角速度，ω1为同步角速度，Te为电磁转矩，TL为负载转矩，J为转动惯量，np为极对数。ψr为转子磁链矢量的幅值，ism为定子电流励磁分量，ist为定子电流转矩分量，usm为定子电压m轴分量，ust为定子电压t轴分量。通过转子磁场定向，定子电流被分解为定子电流励磁分量ism和定子电流转矩分量ist。对式(1)整理可得ψr=LmismTrs+1---(7)]]>由式(7)可知，转子磁链矢量的幅值ψr仅有定子电流励磁分量ism产生，与定子电流转矩分量ist无关。由式(5)可知，在转子磁链矢量的幅值ψr不变的情况下，电磁转矩Te由定子电流转矩分量ist唯一决定。从而像直流电动机一样，实现磁链和电磁转矩的解耦控制。由式(2)可知，在转子磁链矢量的幅值ψr不变的情况下，通过控制转差角速度ωs就可以控制定子电流转矩分量ist，从而控制感应电动机的电磁转矩。间接矢量控制就是利用矢量控制方程中的转差公式(2)构成转差型的矢量控制系统，实现转子磁链矢量的间接矢量控制。图1为感应电动机传统前馈型间接矢量控制系统原理图。它的工作原理就是利用转速给定信号和反馈信号ωr的差值通过速度控制器得到定子电流转矩分量的给定信号利用转子磁链矢量幅值的给定信号通过Lm参数除法运算器得到定子电流励磁分量的给定信号利用转子磁链矢量幅值的给定信号和定子电流转矩分量的给定信号通过Lm参数乘法运算器、Tr参数除法运算器和除法运算控制器得到出转差角速度的给定信号再利用转速的反馈信号ωr和转差角速度的给定信号通过加法运算控制器得到同步转速的给定信号并通过积分控制器得到转子磁链矢量的空间位置信号利用转子磁链矢量的空间位置信号通过两相旋转/三相静止坐标变换电路，把定子电流转矩分量的给定信号和定子电流励磁分量的给定信号转换成三相定子电流的给定信号并与三相定子电流的反馈信号isa、isb、isc相比较，通过电流滞环跟踪PWM信号发生器得到驱动逆变器的控制信号Sa、Sb、Sc，利用控制信号Sa、Sb、Sc去驱动逆变器工作，从而实现对转矩和磁链的解耦控制。图2-5分别是感应电动机传统前馈型间接矢量控制系统的转子磁链幅值波形、定子电流转矩分量波形、电磁转矩波形和转速波形。从图2-5可以看出，在感应电动机加速起动阶段，由于转子磁链矢量幅值振荡剧烈，致使转子磁链与电磁转矩不能很好地解耦，所以，虽然定子电流转矩分量保持恒定最大值，但电磁转矩却不能一直保持恒定最大值，从而导致感应电动机加速起动阶段不能像直流双闭环调速系统那样恒加速起动，降低了感应电动机传统前馈型间接矢量控制系统的控制性能。有鉴于上述现有的感应电动机前馈型间接矢量控制系统存在的缺陷，本发明人基于多年的丰富经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新型的感应电动机前馈型间接矢量控制系统及其控制方法，能够改进一般现有控制系统存在的缺陷，使其更具有实用性，经过不断的研究、设计，终于创设出确具实用价值的本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种感应电动机前馈型间接矢量控制系统及其控制方法，以解决感应电动机传统前馈型间接矢量控制系统的转子磁链矢量幅值振荡剧烈、转子磁链与电磁转矩不能很好地解耦和感应电动机加速起动阶段不能恒加速起动等难题，使得感应电动机转子磁链矢量幅值振荡大大减小，真正实现感应电动机磁链与转矩的解耦控制，使系统的控制性能达到直流双闭环调速系统的水平。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种感应电动机前馈型间接矢量控制系统，其中包括速度控制器、Lm参数除法运算器、Tr参数除法运算器、低截止频率低通滤波器、除法运算控制器、加法运算控制器、积分控制器、两相旋转/三相静止坐标变换电路、电流滞环跟踪PWM信号发生器、电压源型逆变器和感应电动机；所述低截止频率低通滤波器的输入端与Lm参数除法运算器连接，Tr参数除法运算器的输入端与速度控制器连接；所述除法运算控制器的第一输入端与Tr参数除法运算器连接，第二输入端与低截止频率低通滤波器连接；所述加法运算控制器的第一输入端与除法运算控制器连接，第二输入端与速度测量电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种感应电动机前馈型间接矢量控制系统，其特征在于其包括速度控制器、Lm参数除法运算器、Tr参数除法运算器、低截止频率低通滤波器、除法运算控制器、加法运算控制器、积分控制器、两相旋转/三相静止坐标变换电路、电流滞环跟踪PWM信号发生器、电压源型逆变器和感应电动机；所述低截止频率低通滤波器的输入端与Lm参数除法运算器连接，Tr参数除法运算器的输入端与速度控制器连接；所述除法运算控制器的第一输入端与Tr参数除法运算器连接，第二输入端与低截止频率低通滤波器连接；所述加法运算控制器的第一输入端与除法运算控制器连接，第二输入端与速度测量电路连接；所述积分控制器的输入端与加法运算控制器连接；所述两相旋转/三相静止坐标变换电路的第一输入端与速度控制器连接，第二输入端与Lm参数除法运算器连接，第三输入端与积分控制器连接；所述电流滞环跟踪PWM信号发生器的第一、二、三输入端与两相旋转/三相静止坐标变换电路连接，第四、五、六输入端与电流测量电路连接；所述电流滞环跟踪PWM信号发生器通过电压源型逆变器与感应电动机连接。

【技术特征摘要】
1.一种感应电动机前馈型间接矢量控制系统，其特征在于其包括速度控制
器、Lm参数除法运算器、Tr参数除法运算器、低截止频率低通滤波器、除法运
算控制器、加法运算控制器、积分控制器、两相旋转/三相静止坐标变换电路、
电流滞环跟踪PWM信号发生器、电压源型逆变器和感应电动机；
所述低截止频率低通滤波器的输入端与Lm参数除法运算器连接，Tr参数除
法运算器的输入端与速度控制器连接；
所述除法运算控制器的第一输入端与Tr参数除法运算器连接，第二输入端
与低截止频率低通滤波器连接；
所述加法运算控制器的第一输入端与除法运算控制器连接，第二输入端与
速度测量电路连接；
所述积分控制器的输入端与加法运算控制器连接；
所述两相旋转/三相静止坐标变换电路的第一输入端与速度控制器连接，第
二输入端与Lm参数除法运算器连接，第三输入端与积分控制器连接；
所述电流滞环跟踪PWM信号发生器的第一、二、三输入端与两相旋转/三相
静止坐标变换电路连接，第四、五、六输入端与电流测量电路连接；
所述电流滞环跟踪PWM信号发生器通过电压源型逆变器与感应电动机连接。
2.如权利要求1所述的一种感应电动机前馈型间接矢量控制系统，其特征
在于所述低截止频率低通滤波器是把阶跃突变的定子电流励磁分量的给定信号
变成给定电流的m轴分量信号的一种滤波器。
3.如权利要求1所述的一种感应电动机前馈型间接矢量控制系统，其特征
在于所述Tr参数除法运算器是把定子电流转矩分量的给定信号除以转子时间
常数Tr得到给定电流的t轴分量信号的一种运算器。
4.如权利要求1所述的一种感应电动机前馈型间接矢量控制系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬宣德，何大庆，段晓明，王宇炎，段春霞，
申请(专利权)人：洛阳理工学院，
类型：发明
国别省市：河南;41