基于磁链补偿及偏差解耦的异步电机直流预励磁启动方法技术

本发明专利技术属于异步电机领域，公开了一种基于磁链补及偿偏差解耦的异步电机直流预励磁启动方法。为实现电机启动时减小启动电流，抑制尖峰电流的产生且能够产生较快的转矩响应速度的目的，采用本发明专利技术的方法通过预励磁控制设置励磁电流与转矩电流，并加以限幅环节，使电机在启动前提前建立励磁磁场，整个动态过程利用磁链误差补偿来保持磁链的稳定，偏差解耦可以实现整个控制系统的良好解耦效果，本方法在减小电机启动电流，提高转矩响应速度上获得了更好的效果。

DC pre excitation starting method of asynchronous motor based on flux compensation and deviation decoupling

The invention belongs to the field of asynchronous motors, and discloses a method for starting an asynchronous motor based on magnetic flux compensation and compensation deviation decoupling. In order to realize the motor startup reduce the starting current, peak current generation and suppression can produce fast torque response speed, adopting the method of the invention is provided by pre excitation control of excitation current and torque current, and the limiting link, the motor start in the premise of establishing the excitation magnetic field, the dynamic process of using flux error compensation to keep the flux stability, good decoupling effect deviation can realize the decoupling of the whole control system, this method in reducing the motor starting current, improve the torque response speed obtained better effect.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于异步电机领域，具体涉及一种基于磁链补偿及偏差解耦的异步电机直流预励磁启动方法。
技术介绍
在电机启动性能中的两个重要指标，一般都希望启动尖峰电流较小，同时输出转矩响应速度较快，常规的电机启动方式有直接启动、自耦变压器降压启动、Y－△降压启动、软启动、变频启动等。以上启动方式虽然在提高电机启动性能的某些方面能达到要求，但对大功率电机有时不能同时兼顾这两个指标，主要是由于异步电机的动态数学模型是一个非线性、高阶、强耦合的多变量系统，启动时刻磁链幅值的波动以及整个系统的强耦合性使得启动性能降低。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种基于磁链补偿及偏差解耦的异步电机直流预励磁启动方法，以实现电机启动时减小启动电流，抑制尖峰电流的产生且能够产生较快的转矩响应速度。为了解决以上技术问题，本专利技术的基于磁链补偿及偏差解耦的异步电机直流预励磁启动方法通过设置采样模块、磁链补偿模块、偏差解耦模块、预磁励模块及逆变器模块实现，包括以下步骤：步骤一：采样模块采集异步电机的转子角速度ω，将其与给定的转子角速度ω*输入采样模块的转速调节器，转速调节器输出转差ωs；采集异步电机的三相电流值iA、iB及iC，使其经数字信号处理模块通过3s/2r变换得到转矩电流值isq及励磁电流值isd的模拟信号，最后将转矩电流值isq及励磁电流值isd的模拟信号输入采样模块的A/D转换器，A/D转换器输出异步电机定子磁链ψs的数字信号；步骤二：利用磁链误差补偿模块将步骤一中采集到的异步电机定子磁链ψs的数字信号的波动进行补偿，其转矩电流期望值isq*通过公式isq* =kaωs-kbψs*/ψs计算得到，其中ka、kb为比例系数，ψs*为异步电机定子磁链期望值；励磁电流期望值isd*通过公式isd*=ψr*/Lm计算得到，其中ψr*为转子磁链期望值，Lm为异步电机互感值；步骤三：将步骤二所得的转矩电流期望值isq*与励磁电流期望值isd*输入数字信号处理模块，从异步电机给定电流期望值和反馈电流的偏差处引入异步电机的外部解耦支路K1及K2来抵消异步电机交叉耦合电压的耦合作用，按照完全解耦的条件即d轴电流只受其d轴给定期望电流值isd*的控制，故可以得出K1、K2的表达式，，，其中ω1为转子同步角速度，σ为异步电机漏感系数且σ=1-（Lm2/LrLs），Ls为异步电机定子漏感，Rs为异步电机定子电阻，p为微分算子，PI为解耦模块的电流控制器的传递函数且PI=kp+ki/p，其中kp和ki分别为电流控制器的p和i参数，再由整个偏差解耦的原理图得到偏差解耦电压Δusd及Δusq，最终得到解耦后的转矩电流期望值isq’及励磁电流期望值isd’；步骤四：将步骤一中采集的转子角速度ω与转差ωs求和后的积分及步骤三得到的转矩电流期望值isq’及励磁电流期望值isd’输入预励磁模块中的矢量运算控制器，将矢量运算控制器输出的异步电机三相电流期望值iA*、iB*及iC*通入预励磁模块中的滞环比较控制器，得到控制脉冲；步骤五：将步骤四中得到的脉冲来控制逆变器模块中IGBT开关的通断来驱动异步电机的启动。优选的，所述从电机采集的角速度ω以及电机三相电流值iA、iB及ic经过检测回路进行滤波处理，并去除干扰的毛刺信号。有益效果采用本专利技术的基于磁链补偿及偏差解耦的异步电机直流预励磁启动方法，通过预励磁控制设置励磁电流与转矩电流，并加以限幅环节，使电机在启动前提前建立励磁磁场，整个动态过程利用磁链误差补偿来保持磁链的稳定，偏差解耦可以实现整个控制系统的良好解耦效果，本方法在减小电机启动电流，提高转矩响应速度上获得了更好的效果。附图说明图1为本专利技术的基于磁链补偿及偏差解耦的异步电机直流预励磁启动方法的示意图；图2为本专利技术的基于磁链补偿及偏差解耦的异步电机直流预励磁启动方法的偏差解耦控制的原理图；图3为本专利技术的基于磁链补偿及偏差解耦的异步电机直流预励磁启动方法的电机矢量控制示意图；图中标记：1、采样模块，2、磁链补偿模块，3、偏差解耦模块，4、直流预磁励模块，5、逆变器模块。具体实施方式如图1至图3所示，本专利技术的基于磁链补偿及偏差解耦的异步电机直流预励磁启动方法通过设置采样模块、磁链补偿模块、偏差解耦模块、预磁励模块、逆变器模块及数字信号处理模块实现，包括以下步骤：步骤一：采样模块采集异步电机的转子角速度ω，将其与给定的转子角速度ω*输入采样模块的转速调节器，转速调节器输出转差ωs；采集异步电机的三相电流值iA、iB及iC，使其经数字信号处理模块通过3s/2r变换得到转矩电流值isq及励磁电流值isd的模拟信号，最后将转矩电流值isq及励磁电流值isd的模拟信号输入采样模块的A/D转换器，A/D转换器输出电机定子磁链ψs的数字信号；在本实施例中，从异步电机采集的角速度ω以及异步电机的三相电流值iA、iB及ic经过检测回路进行滤波处理，并去除干扰的毛刺信号；步骤二：利用磁链误差补偿模块将步骤一中采集到的异步电机定子磁链ψs的数字信号的波动进行补偿，其转矩电流期望值isq*通过公式isq* =kaωs-kbψs*/ψs计算得到，其中ka、kb为比例系数，ψs*为异步电机定子磁链期望值；励磁电流期望值isd*通过公式isd*=ψr*/Lm计算得到，其中ψr*为转子磁链期望值，Lm为异步电机互感值；步骤三：针对前馈解耦与反馈解耦对电机参数有较强的依赖性，并且在较低的开关频率时也不能完全解耦，根据异步电机的数学模型可以得到其基本框图，而加上偏差解耦后的整个控制框图就如图2所示。为了消除异步电机交叉耦合电压项，同时根据控制理论的不变性原理，其引入的外部支路即为K1及K2支路，并且引入后d、q虚线左右相等，将步骤二所得的转矩电流期望值isq*与励磁电流期望值isd*输入数字信号处理模块，从电机给定电流期望值和反馈电流的偏差处引入异步电机的外部解耦支路K1及K2来抵消异步电机交叉耦合电压的耦合作用，按照完全解耦的条件即d轴电流只受其d轴给定期望电流值isd*的控制，故可以得出K1及K2的表达式，，，其中ω1为转子同步角速度，σ为异步电机漏感系数且σ=1-（Lm2/LrLs），Ls为异步电机定子漏感，Rs为异步电机定子电阻，p为微分算子，PI为解耦模块的电流控制器的传递函数且PI=kp+ki/p，其中kp和ki分别为电流控制器的p和i参数，再由整个偏差解耦的原理图得到偏差解耦电压Δusd及Δusq，最终得到解耦后的转矩电流期望值isq’及励磁电流期望值isd’；步骤四：将步骤一中采集的转子角速度ω与转差ωs求和后的积分及步骤三得到的转矩电流期望值isq’及励磁电流期望值isd’输入预励磁模块中的矢量运算控制器，将矢量运算控制器输出的异步电机三相电流期望值iA*、iB*及iC*通入预励磁模块中的滞环比较控制器，得到控制脉冲；步骤五：将步骤四中得到的脉冲来控制逆变器模块中IGBT开关的通断来驱动异步电机的启动。首先对电机磁链的波动进行磁链幅值误差补偿。其补偿主要是在低频段起作用，电机在低频段运行时，定子电阻上消耗了大部分定子端电压，同时由于电机在运行过程中定子电阻并不是一个固定值，它会随着电机温度升高而变化，不可避免使得励磁电压波动降低，磁链幅值会减小而波动，本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于磁链补偿及偏差解耦的异步电机直流预励磁启动方法，其特征在于：该方法通过设置采样模块、磁链补偿模块、偏差解耦模块、预磁励模块、逆变器模块及数字信号处理模块实现，包括以下步骤：步骤一：采样模块采集异步电机的转子角速度ω，将其与给定的转子角速度ω*输入采样模块的转速调节器，转速调节器输出转差ωs；采集异步电机的三相电流值iA、iB及iC，使其经数字信号处理模块通过3s/2r变换得到转矩电流值isq及励磁电流值isd的模拟信号，最后将转矩电流值isq及励磁电流值isd的模拟信号输入采样模块的A/D转换器，A/D转换器输出异步电机定子磁链ψs的数字信号；步骤二：利用磁链误差补偿模块将步骤一中采集到的异步电机定子磁链ψs的数字信号的波动进行补偿，其转矩电流期望值isq*通过公式isq* =kaωs‑kbψs*/ψs计算得到，其中ka、kb为比例系数，ψs*为异步电机定子磁链期望值；励磁电流期望值isd*通过公式isd*=ψr*/Lm计算得到，其中ψr*为转子磁链期望值，Lm为异步电机互感值；步骤三：将步骤二所得的转矩电流期望值isq*与励磁电流期望值isd*输入数字信号处理模块，从异步电机给定电流期望值和反馈电流的偏差处引入异步电机的外部解耦支路K1及K2来抵消异步电机交叉耦合电压的耦合作用，按照完全解耦的条件即d轴电流只受其d轴给定期望电流值isd*的控制，故可以得出K1、K2的表达式，，，其中ω1为转子同步角速度，σ为异步电机漏感系数且σ=1‑（Lm2/LrLs），Ls为异步电机定子漏感，Rs为异步电机定子电阻，p为微分算子，PI为解耦模块的电流控制器的传递函数且PI=kp+ki/p，其中kp和ki分别为电流控制器的p和i参数，再由整个偏差解耦的原理图得到偏差解耦电压Δusd及Δusq，最终得到解耦后的转矩电流期望值isq’及励磁电流期望值isd’；步骤四：将步骤一中采集的转子角速度ω与转差ωs求和后的积分及步骤三得到的转矩电流期望值isq’及励磁电流期望值isd’输入预励磁模块中的矢量运算控制器，将矢量运算控制器输出的异步电机三相电流期望值iA*、iB*及iC*通入预励磁模块中的滞环比较控制器，得到控制脉冲；步骤五：将步骤四中得到的脉冲来控制逆变器模块中IGBT开关的通断来驱动异步电机的启动。...

【技术特征摘要】
1.基于磁链补偿及偏差解耦的异步电机直流预励磁启动方法，其特征在于：该方法通过设置采样模块、磁链补偿模块、偏差解耦模块、预磁励模块、逆变器模块及数字信号处理模块实现，包括以下步骤：步骤一：采样模块采集异步电机的转子角速度ω，将其与给定的转子角速度ω*输入采样模块的转速调节器，转速调节器输出转差ωs；采集异步电机的三相电流值iA、iB及iC，使其经数字信号处理模块通过3s/2r变换得到转矩电流值isq及励磁电流值isd的模拟信号，最后将转矩电流值isq及励磁电流值isd的模拟信号输入采样模块的A/D转换器，A/D转换器输出异步电机定子磁链ψs的数字信号；步骤二：利用磁链误差补偿模块将步骤一中采集到的异步电机定子磁链ψs的数字信号的波动进行补偿，其转矩电流期望值isq*通过公式isq* =kaωs-kbψs*/ψs计算得到，其中ka、kb为比例系数，ψs*为异步电机定子磁链期望值；励磁电流期望值isd*通过公式isd*=ψr*/Lm计算得到，其中ψr*为转子磁链期望值，Lm为异步电机互感值；步骤三：将步骤二所得的转矩电流期望值isq*与励磁电流期望值isd*输入数字信号处理模块，从异步电机给定电流期望值和反馈电流的偏差处引入异步电机的外部解耦支路K1...

【专利技术属性】
技术研发人员：范波，曾佳，王珂，张帆，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41