一种三相异步电机变步长扰动观测节能控制方法技术

本发明专利技术提供了电机控制领域的一种三相异步电机变步长扰动观测节能控制方法，包括：步骤S10、建立电机有功损耗多项式近似函数，选择多个高频正弦扰动信号，设计各扰动信号相应的带通滤波器；步骤S20、启动电机，以当前的励磁电流为基准值；步骤S30、在励磁电流中注入多个高频正弦扰动信号；步骤S40、利用带通滤波器进行滤波获取各扰动信号所对应的有功损耗分量；步骤S50、创建一阈值，判断各有功损耗分量与阈值的关系；步骤S60、对多项式近似函数进行拟合并求取极值点，将此极值点作为下次搜索时励磁电流的基准值，进入步骤S30。本发明专利技术的优点在于：不降低电机调速性能的前提下，极大地提升了电机的运行效率，进而使电机能够高效节能地运行。

A variable step size disturbance observation energy-saving control method for three-phase asynchronous motor

【技术实现步骤摘要】
一种三相异步电机变步长扰动观测节能控制方法
本专利技术涉及电机控制领域，特别指一种三相异步电机变步长扰动观测节能控制方法。
技术介绍
三相异步电机是采用380V三相交流电源(相位差120度)直接供电的一类电动机，由于三相异步电机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速旋转，存在转差率，所以叫三相异步电机，具有结构简单、成本低、可靠性高等优点，因此获得了广泛使用。传统的三相异步电机普遍采用额定励磁方式，在电机负载或转速需要调整时，对电机进行变频调速控制，而电机的励磁电流一般不作改变；由于电机很少时间是运行在额定工况下，在非额定工况下采用额定励磁方式将导致电机的运行效率下降。因此，如何提供一种三相异步电机变步长扰动观测节能控制方法，实现在不降低电机调速性能的前提下，提升电机的运行效率，进而使电机能够高效节能地运行，成为一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题，在于提供一种三相异步电机变步长扰动观测节能控制方法，实现在不降低电机调速性能的前提下，提升电机的运行效率，使电机高效节能地运行。本专利技术是这样实现的：一种三相异步电机变步长扰动观测节能控制方法，包括如下步骤：步骤S10、建立电机有功损耗的多项式近似函数，选择多个不同频率和幅值的高频正弦励磁电流扰动信号，设计各所述高频正弦励磁电流扰动信号相应的带通滤波器；步骤S20、启动电机，并以当前电机的励磁电流为基准值；步骤S30、在电机的励磁电流中注入多个所述高频正弦励磁电流扰动信号；步骤S40、利用所述带通滤波器对电机输入的有功功率进行滤波，获取各所述高频正弦励磁电流扰动信号所对应的有功损耗分量；步骤S50、创建一阈值，判断各所述有功损耗分量与阈值的关系；步骤S60、基于所述基准值、各高频励磁电流扰动信号以及各有功损耗分量，对所述多项式近似函数进行拟合生成拟合函数，并求取所述拟合函数的极值点，将所述极值点作为下一次搜索时励磁电流的基准值，进入步骤S30。进一步地，所述步骤S10具体为：对电机的有功损耗函数进行多项式近似处理，得到以励磁电流为自变量的有功损耗的多项式近似函数；根据所述多项式近似函数的未知系数的数量，选择多个不同频率和幅值的高频正弦励磁电流扰动信号；分别以各所述高频正弦励磁电流扰动信号的频率为中心频率，设计各所述高频正弦励磁电流扰动信号相应的带通滤波器。进一步地，所述步骤S30具体为：在电机的d轴和q轴解耦的情况下，以电机的励磁电流为基准，将多个频率和幅值各不相同的高频正弦励磁电流扰动信号通过电流控制器调制为电机的d轴和q轴的电压矢量，再通过坐标变换以及SVPWM转换为三相电压矢量驱动电机。进一步地，所述步骤S40具体为：利用所述带通滤波器对电机输入的有功功率进行滤波，获取各所述高频正弦励磁电流扰动信号所对应的有功损耗分量以及各所述高频正弦励磁电流扰动信号与相应有功损耗分量之间的相位关系。进一步地，所述步骤S50具体包括：步骤S51、创建一用于判断对应各所述高频正弦励磁电流扰动信号的电机有功损耗分量的阈值；步骤S52、判断各所述高频正弦励磁电流扰动信号对应的有功损耗分量是否小于阈值，若是，则当前励磁电流的基准值即为使电机运行效率最高的励磁电流，结束搜索流程；若否，进入步骤S60。进一步地，所述步骤S60具体包括：步骤S61、当所述高频正弦励磁电流扰动信号与相应有功损耗分量的相位相同时，励磁电流的基准值与该频率的高频正弦励磁电流扰动信号的幅值相加，作为所述多项式近似函数的输入；当所述高频正弦励磁电流扰动信号与相应有功损耗分量的相位相反时，励磁电流的基准值与该频率的高频正弦励磁电流扰动信号的幅值相减，作为所述多项式近似函数的输入；相应的有功损耗分量作为所述多项式近似函数的输出；步骤S62、对所述多项式近似函数进行拟合生成拟合函数，并求取所述拟合函数的极值点，将所述极值点作为下一次搜索时励磁电流的基准值，进入步骤S30。本专利技术的优点在于：1、在电机当下的励磁电流中注入多个不同频率和不同幅值的高频正弦励磁电流扰动信号，通过带通滤波器获取各频率对应的电机有功损耗分量，再对电机的有功损耗多项式近似函数进行拟合，求取拟合函数的极值点，并将该极值点作为下一次搜索时电机励磁电流的基准值；通过各频率的所述有功损耗分量与设定的阈值之间的关系对电机的最优励磁电机进行变步长搜索，使得电机不必一直采用额定励磁电流进行工作，而是根据电机的实际运行状态实时调整励磁电流，极大地提升了电机的运行效率，使电机能够高效节能地运行，且由于仅对电机的励磁电流进行高频信号注入，不干涉电机转矩的控制，保证了电机的调速性能。2、通过变步长进行搜索，相对于定步长搜索大幅地提高了搜索效率，当高频扰动信号所对应的有功损耗分量小于设定的阈值后便停止搜索，避免出现搜索振荡现象。附图说明下面参照附图结合实施例对本专利技术作进一步的说明。图1是本专利技术一种三相异步电机变步长扰动观测节能控制方法的流程图。图2是本专利技术异步电机有功损耗与励磁电流的关系的示意图。图3是本专利技术异步电机最优励磁电流变步长搜索的示意图。图4是本专利技术高频正弦励磁电流注入的系统原理框图。具体实施方式本申请实施例中的技术方案，总体思路如下：由于在电机励磁电流中注入的是高频正弦扰动信号，电机的电磁转矩、转速和有功输出可近似为不变，因而电机输入功率的变化由励磁电流决定；由电机损耗模型可知，当前状态下电机总的有功损耗与励磁电流成凹函数关系即电机总的有功损耗随着励磁电流的增大，先降低后增大如图2所示；采用多项式函数对该凹函数进行拟合，并计算出多项式函数的极小值点作为下一次搜索时励磁电流的基准值，对电机进行励磁控制，实现对最优励磁电流的变步长跟踪搜索，进而获得使电机运行效率最高的励磁电流的取值。请参照图1至图4所示，本专利技术一种三相异步电机变步长扰动观测节能控制方法的较佳实施例，包括如下步骤：步骤S10、根据实际情况，建立电机有功损耗的多项式近似函数，选择多个不同频率和幅值的高频正弦励磁电流扰动信号，本实施例采用3种频率分别为ω1，ω2和ω3的高频正弦励磁电流扰动信号idω1，idω2和idω3，设计各所述高频正弦励磁电流扰动信号相应的带通滤波器；步骤S20、启动电机，并以当前电机的励磁电流为基准值；步骤S30、在电机的励磁电流中注入多个所述高频正弦励磁电流扰动信号；步骤S40、利用所述带通滤波器对电机输入的有功功率进行滤波，获取各所述高频正弦励磁电流扰动信号所对应的有功损耗分量；频率为ωn的高频正弦扰动信号对应电机有功损耗中频率为ωn的分量；电机有功输入的测量可以通过检测电机驱动器直流侧的母线电压和输出电流，获得电机与变频器的整体输入功率，由于变频器的损耗较小(通常与开关频率相关)且变化也较小，因此采用检测直流输出功率的方法来计算电机的有功损耗，比较方便实施且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相异步电机变步长扰动观测节能控制方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤S10、建立电机有功损耗的多项式近似函数，选择多个不同频率和幅值的高频正弦励磁电流扰动信号，设计各所述高频正弦励磁电流扰动信号相应的带通滤波器；/n步骤S20、启动电机，并以当前电机的励磁电流为基准值；/n步骤S30、在电机的励磁电流中注入多个所述高频正弦励磁电流扰动信号；/n步骤S40、利用所述带通滤波器对电机输入的有功功率进行滤波，获取各所述高频正弦励磁电流扰动信号所对应的有功损耗分量；/n步骤S50、创建一阈值，判断各所述有功损耗分量与阈值的关系；/n步骤S60、基于所述基准值、各高频励磁电流扰动信号以及各有功损耗分量，对所述多项式近似函数进行拟合生成拟合函数，并求取所述拟合函数的极值点，将所述极值点作为下一次搜索时励磁电流的基准值，进入步骤S30。/n

【技术特征摘要】
1.一种三相异步电机变步长扰动观测节能控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S10、建立电机有功损耗的多项式近似函数，选择多个不同频率和幅值的高频正弦励磁电流扰动信号，设计各所述高频正弦励磁电流扰动信号相应的带通滤波器；
步骤S20、启动电机，并以当前电机的励磁电流为基准值；
步骤S30、在电机的励磁电流中注入多个所述高频正弦励磁电流扰动信号；
步骤S40、利用所述带通滤波器对电机输入的有功功率进行滤波，获取各所述高频正弦励磁电流扰动信号所对应的有功损耗分量；
步骤S50、创建一阈值，判断各所述有功损耗分量与阈值的关系；
步骤S60、基于所述基准值、各高频励磁电流扰动信号以及各有功损耗分量，对所述多项式近似函数进行拟合生成拟合函数，并求取所述拟合函数的极值点，将所述极值点作为下一次搜索时励磁电流的基准值，进入步骤S30。


2.如权利要求1所述的一种三相异步电机变步长扰动观测节能控制方法，其特征在于：所述步骤S10具体为：
对电机的有功损耗函数进行多项式近似处理，得到以励磁电流为自变量的有功损耗的多项式近似函数；根据所述多项式近似函数的未知系数的数量，选择多个不同频率和幅值的高频正弦励磁电流扰动信号；分别以各所述高频正弦励磁电流扰动信号的频率为中心频率，设计各所述高频正弦励磁电流扰动信号相应的带通滤波器。


3.如权利要求1所述的一种三相异步电机变步长扰动观测节能控制方法，其特征在于：所述步骤S30具体为：
在电机的d轴和q轴解耦的情况下，以电机的励磁电流为基准，将多个频率和幅值各不相同的高频正弦励磁电流扰动信号通过电流控制器调制...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏安俊，汪凤翔，陶鹏，黄东晓，于新红，
申请(专利权)人：泉州装备制造研究所，
类型：发明
国别省市：福建;35