一种基于转速自适应率补偿法的单电流无速度传感器矢量控制方法技术

一种基于转速自适应率补偿法的单电流无速度传感器矢量控制方法，本发明专利技术涉及基于转速自适应率补偿法的单电流无速度传感器矢量控制方法。本发明专利技术步骤为：一：在两相静止参考坐标系下，选择异步电机定子和转子磁链作为状态变量，得到异步电机状态方程；二：设置转子的电角速度

【技术实现步骤摘要】
一种基于转速自适应率补偿法的单电流无速度传感器矢量控制方法
本专利技术涉及基于转速自适应率补偿法的单电流无速度传感器矢量控制方法。
技术介绍
由于外界环境的影响，潮湿、腐蚀、高低温以及灰尘可能会导致变频器发生故障而使变频调速系统崩溃。常见的多为传感器故障导致的无法获取反馈信息使系统不能形成闭环，电流传感器、速度传感器是易发生故障的环节。控制系统内部设定了很多保护，如过流、直流母线过压以及温度过高等等，一般采取停车作为保护措施，但在有些应用场合中，如电梯驱动器、飞机的电驱系统、采矿所用电刹车制动器以及起重机的挂钩驱动器等，故障时不允许停车。因此，要使用额外的控制策略来维持电机在无速度传感器、电流传感器故障(如仅有一个健康的电流传感器)的情况下继续稳定运行，且系统性能不受很大影响，这也正是容错控制的意义。在感应电机矢量控制方法中，基于转子磁场定向的矢量控制方法是最为常见的控制方法，其控制框图如图1所示。控制系统采用双闭环的控制方式，含有速度外环和电流内环。无速度传感器模式即用估计的转速代替速度传感器的采样值。所需转速与定子电流信息由速度传感器和两个电流传感器采样得到。电流传感器成本高，且感应电机三相电流具有ia+ib+ic＝0的关系，所以大多数变频控制系统采用两个电流传感器。如果两个电流传感器之一发生故障，在仅剩一相电流传感器正常工作的情况下，传统方法将无法重构出三相电流，实现矢量控制。目前国内外对于这一领域的研究很少，国外文献者曾提出一种方法，但其动态性能较差，较难应用于工程领域。由于双闭环的作用，使得该矢量控制系统具有很好的动态性能和转速调节能力。但是，电流传感器的故障无疑会造成整个系统的崩溃，后果不堪设想。因此，如何在一个电流传感器的情况下，保证系统的正常运行，便成为了重点。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有技术中三相电流不平衡和加载时转速过度跌落的问题，而提出的一种基于转速自适应率补偿法的单电流无速度传感器矢量控制方法。一种基于转速自适应率补偿法的单电流无速度传感器矢量控制方法按照以下步骤实现：本专利技术控制原理图如图2，其整体结构与两个电流传感器矢量控制结构基本是相同的，因此这种结构模式作为两个电流传感器故障后的容错控制模式。系统的反馈量只有一相电流ia，由全阶观测器观测出电机转速值和β相电流值估计的电流值经过电流补偿器补偿后进行坐标变换。系统采用双闭环控制，内环为电流环，外环为转速环，转速环的计算周期是电流环的十倍。基于转速自适应律的补偿法是根据转速计算周期大于电流计算周期，利用转速的估计公式反推电流的误差公式，将其作为补偿值，解决三相电流不均衡的问题。步骤一：在两相静止参考坐标系下，选择异步电机定子和转子磁链作为状态变量，得到异步电机状态方程；步骤二：根据步骤一得到的异步电机状态方程，得到全阶状态观测器；步骤三：根据步骤二得到的全阶状态观测器，得到β轴定子电流观测值步骤四：根据步骤三得到的β轴定子电流观测值得到补偿后的β轴定子电流isβ；步骤五：根据步骤四得到的补偿后的β轴定子电流isβ，得到更新后的转子的电角速度将得到的更新后的转子的电角速度代入步骤二，完成单电流无速度传感器的矢量控制，结束条件为外部给出指令的停止或内部保护给出的转子停止转动的指令。专利技术效果：本专利技术使用改进的全阶状态观测器估算的定子电流替代缺失的相电流信号完成闭环控制。并且通过基于转速自适应律的方法进行电流补偿，改善三相电流不平衡和加载时转速过度跌落的问题。并在全转速范围内可以加满载、卸满载，保持较好的控制刚度。本专利技术名进行电流补偿会使转速跌落减少约90％。三相不平衡，未采用补偿时约为25％，采用补偿后约为2％。本专利技术提出一种只需一个电流传感器的矢量控制系统，使变频调速系统稳定运行，大大减少了传感器的数量。并且可应用于电流传感器故障时的容错控制，提高变频器系统的可靠性。附图说明图1为基于转子磁场定向的矢量控制系统框图；图中id，iq分别PARK变换后两相旋转坐标系下的d、q轴电流分量；为给d轴电流定值，为ωr误差量经PI环节后的q轴电流分量，θ为磁链角，为给定的转子电角速度，Tr＝Lr/Rr为转子侧时间常数，分别为id，iq误差量经过PI环节后得到的两相旋转坐标系下的定子电压值，分别为经过PARK逆变换后的的两相静止坐标系下的定子电压值，SVPWM为空间矢量脉宽调制，Sabc为SVPWM模块输出的开关指令，Vdc为直流母线电压。图2为单电流传无速度感器矢量控制系统框图；图3为全阶状态观测器的系统结构框图；图4为20Hz不加电流补偿的电流加满载波形图；图5为20Hz加电流补偿的电流加满载波形图；图6为20Hz不采用电流补偿的电流转速波形图(加、减满载)；图7为20Hz采用电流补偿的电流转速波形图(加、减满载)；图8为20Hz采用电流补偿的电流转速波形放大图(加满载)；图9为三相静止坐标系下交流绕组图；图10为两相静止坐标系下等效交流绕组图。具体实施方式具体实施方式一：一种基于转速自适应率补偿法的单电流无速度传感器矢量控制方法包括以下步骤：本专利技术利用全阶观测器的观测电流加上基于转速自适应率的补偿值，代替电流传感器的采样值，转速也由全阶观测器估计出，保持了系统的稳定性。步骤一：在两相静止参考坐标系下，选择异步电机定子和转子磁链作为状态变量，得到异步电机状态方程；所述两相静止参考坐标系是由三相静止ABC坐标系经过CLARK变换得到的；三相静止ABC坐标系的A轴、B轴和C轴分别对应交流电机三相对称的静止绕组，A轴、B轴、C轴之间相差120°，A轴与两相静止参考坐标系中的α轴重合，两相静止参考坐标系中的β轴与α轴垂直；不同坐标系下等效交流绕组如图9和如图10所示。步骤二：根据步骤一得到的异步电机状态方程，得到相应的全阶状态观测器；步骤三：根据步骤二得到的全阶状态观测器，得到β轴定子电流观测值步骤四：根据步骤三得到的β轴定子电流观测值得到补偿后的β轴定子电流isβ；步骤五：根据步骤四得到的补偿后的β轴定子电流isβ，得到更新后的转子的电角速度将得到的更新后的转子的电角速度代入步骤二，完成单电流无速度传感器的矢量控制(实现容错控制)，结束条件为外部给出指令(如人为设置的工作时长)的停止或内部保护(如电机过载或电机过热)给出的转子停止转动。在一些极端场合中，如起重机和航天领域等，需要高可靠性和容错能力，因此单电流无速度传感器就有其重要的意义。本专利技术方法电机转速由全阶观测器估计出，其中一相电流由全阶观测器的观测电流加上基于转速自适应率的补偿值估计出。基于转速自适应律的补偿法是根据转速计算周期大于电流计算周期，利用转速的估计公式反推电流的误差公式，将其作为补偿值，解决三相电流不均衡和加载转速跌落的问题。本专利技术可以作为容错控制策略，保持原系统的动态稳态性能，提高系统的可靠性。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中在两相静止参考坐标系下，选择异步电机定子和转子磁链作为状态变量，得到异步电机状态方程具体为：公式中ψs＝[ψsαψsβ]T,ψr＝[ψrαψrβ]T,us＝[usαusβ]T,is＝[isαisβ]T，分别为定子磁链、转子磁链、定子电压和定子电流矢量；ψsα和ψsβ分别为定子磁链在α轴和β轴的分量，ψrα和ψ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于转速自适应率补偿法的单电流无速度传感器矢量控制方法，其特征在于：所述基于转速自适应率补偿法的单电流无速度传感器矢量控制方法包括以下步骤：步骤一：在两相静止参考坐标系下，选择异步电机定子和转子磁链作为状态变量，得到异步电机状态方程；步骤二：根据步骤一得到的异步电机状态方程，得到全阶状态观测器；步骤三：根据步骤二得到的全阶状态观测器，得到β轴定子电流观测值

【技术特征摘要】
1.一种基于转速自适应率补偿法的单电流无速度传感器矢量控制方法，其特征在于：所述基于转速自适应率补偿法的单电流无速度传感器矢量控制方法包括以下步骤：步骤一：在两相静止参考坐标系下，选择异步电机定子和转子磁链作为状态变量，得到异步电机状态方程；步骤二：根据步骤一得到的异步电机状态方程，得到全阶状态观测器；步骤三：根据步骤二得到的全阶状态观测器，得到β轴定子电流观测值步骤四：根据步骤三得到的β轴定子电流观测值得到补偿后的β轴定子电流isβ；步骤五：根据步骤四得到的补偿后的β轴定子电流isβ，得到更新后的转子的电角速度将得到的更新后的转子的电角速度代入步骤二，完成单电流无速度传感器的矢量控制，结束条件为外部给出指令的停止或内部保护给出的转子停止转动的指令。2.根据权利要求1所述的一种基于转速自适应率补偿法的单电流无速度传感器矢量控制方法，其特征在于：所述步骤一中在两相静止参考坐标系下，选择异步电机定子和转子磁链作为状态变量，得到异步电机状态方程具体为：公式中ψs＝[ψsαψsβ]T,ψr＝[ψrαψrβ]T,us＝[usαusβ]T,is＝[isαisβ]T，分别为定子磁链、转子磁链、定子电压和定子电流矢量；ψsα和ψsβ分别为定子磁链在α轴和β轴的分量，ψrα和ψrβ分别为转子磁链在α轴和β轴的分量，usα和usβ分别为定子电压在α轴和β轴的分量，isα和isβ分别为定子电流在α轴和β轴的分量；A11＝-a11I，A12＝a12I，A21＝a21I，A22＝-a22I+ωrJ，C1＝c11I，C2＝-c12I；Rs为定子侧电阻，Ls为定子侧电感，Lm为互感，Lr为转子侧电感；其中令C＝[C1C2]。3.根据权利要求2所述的一种基于转速自适应率补偿法的单电流无速度传感器矢量控制方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：于泳，赵永正，黄晓雷，徐殿国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23