一种基于负载转矩反馈的永磁同步电机单转速环调速装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于负载转矩反馈的永磁同步电机单转速环调速装置，包括：光电编码器、永磁同步电机、转速计算模块，滤波模块、速度自动调节器、电流传感器、电流坐标变换模块、负载转矩估计模块、负载转矩反馈模块、空间矢量脉宽调制模块、三相逆变器模块；本发明专利技术装置可以保证系统平稳运行，减少转矩脉动，计算负荷小，满足系统平稳控制、快速响应的调速需求。快速响应的调速需求。快速响应的调速需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于负载转矩反馈的永磁同步电机单转速环调速装置


[0001]本专利技术涉及永磁同步电机调速控系统
，具体涉及一种基于负载转矩反馈的永磁同步电机单转速环调速装置。

技术介绍

[0002]永磁同步电机调速系统，将电能转化成机械能，为机械负载提供原动力，具有效率高、功率因数高、体积小、重量轻等优点，应用十分广泛。传统的永磁同步电机调速系统通常采用速度和电流双闭环的控制方法，但这种控制方式会出现系统复杂，计算量大，收敛速度慢等问题；使用单环控制方法虽然控制较为简单，但控制精度差、鲁棒性差，受到负载的干扰不易收敛。
[0003]一般电机调速系统采用光电编码器和旋转变压器等装置获取转子位置，通过对转子位置的差分计算转子转速。受装置的非理想特性和检测时的量化误差等因素影响，得到的速度值具有较大的噪声。通过系统转速外环的PI控制，有可能放大噪声，作为系统电流环的输入指令出现更大的毛刺，严重影响电机的控制。采用传统低通滤波器等方法对速度检测值进行滤波，虽然简单易行，但是会造成延时，减慢系统对指令信号的跟随速度，影响系统的动态性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于负载转矩反馈的永磁同步电机单转速环调速装置，兼顾控制性能的同时，提高系统的计算速度，并解决受现有转速滤波方法的延迟特性对永磁同步电机调速系统动态性能的影响，满足系统对于转子转速信号的快速去噪要求。
[0005]为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种基于负载转矩反馈的永磁同步电机单转速环调速装置，包括：光电编码器、永磁同步电机、转速计算模块，滤波模块、速度自动调节器、电流传感器、电流坐标变换模块、负载转矩估计模块、负载转矩反馈模块、空间矢量脉宽调制模块、三相逆变器模块，其中：
[0007]查表得到永磁同步电机d轴控制电压的参考值U
dref
作为空间矢量脉宽调制模块的输入，空间矢量脉宽调制模块产生三相逆变器的脉宽调制波形，通过三相逆变器模块向永磁同步电机供电；通过光电编码器获取永磁同步电机运转时的转子角度信息，利用转速计算模块计算转子的机械角速度，并通过滤波模块进行降噪后得到转速测量信号w
m
，与设定的参考转速w
ref
作差后作为速度PI调节器的输入；速度PI调节器的输出为控制电压的参考值
[0008]通过电流传感器从三相逆变器上获取三相电流，结合滤波模块输出的降噪后的转速测量信号w
m
，经过电流坐标变换模块将其转换为dq坐标系下的d轴、q轴电流；利用该电流和转速测量信号w
m
通过负载转矩估计模块估计出负载转矩，负载转矩通过负载转矩反馈模块补偿到所述的控制电压的参考值中得到U
qref
，将补偿后的结果作为空间矢量脉宽调制模块q轴电压输入。
[0009]进一步地，滤波模块输入为转速计算模块输出的转子转速w
z
，采用3阶sinc3数字滤波器，输出转子机械角速度信号w
m
；其中在第一个一阶模块中的处理过程为：
[0010]将机械角速度信号w
z
进行离散化后，作为z带入到1/(1
‑
z
‑1)中进行积分，得到的结果再作为z代入到(1+z
‑4)中进行微分，得到的结果乘以增益1/4，得到输出。
[0011]进一步地，所述速度PI调节器的输入为转速测量信号w
m
和参考转速w
ref
的差值，输出为q轴控制电压的参考值采用离散式PI调节器K
P
为比例系数，u(k)为速度PI调节器输入，K
i
表示积分时间常数，K
T
表示调节周期，k表示时间序列。
[0012]进一步地，电流坐标变换模块的输入为三相逆变器给电机供电的三相电流I
a
,I
b
,I
c
和滤波模块后输出的机械角速度经计算得到的电角度θ
e
，输出为I
d
,I
q
，具体过程如下：
[0013]将三相坐标系的电流I
a
,I
b
,I
c
进行Clark变换到两相静止坐标系；
[0014]计算电角度θ
e
，其中n
p
为电机的极对数；
[0015]w
e
＝n
p
w
m
[0016]θ
e
＝∫w
e
dt
[0017]两相静止坐标系通过Park变换到旋转dq坐标系下的d轴、q轴电流I
d
,I
q
。
[0018]进一步地，空间矢量脉宽调制模块的输入为d轴控制电压的参考值U
dref
、控制电压的参考值补偿后的电压U
qref
，输出为逆变器开关触发顺序和脉宽大小的组合；具体包括：
[0019]判断由U
dref
、U
qref
产生的空间矢量U
out
所在的扇区，确定本开关周期所使用的基本电压空间矢量；
[0020]计算零矢量和非零矢量计算的时间；
[0021]计算扇区矢量切换点；
[0022]使用三角载波信号与各个扇区矢量切换点进行比较，产生变换器所需的PWM脉冲信号。
[0023]进一步地，负载转矩估计模块对电机的负载转矩进行估计，输入为转子机械角速度w
m
，d、q轴电流I
d
,I
q
，输出为负载转矩T
L
。
[0024]进一步地，所述负载转矩估计模块的处理过程如下：
[0025]3.1根据电机运动方程和电磁转矩方程的离散化计算观测矩阵和协方差矩阵P(k)；
[0026]其中L
q
、L
q
表示电机d轴、q轴电感，Ψ
f
表示电机磁链，J表示转动惯量；T
e
(k)表示当前电磁转矩，T
L
(k)表示当前负载转矩；
[0027]3.2定义观测矩阵和协方差矩阵的初值P(0)和最大迭代次数t
max
；
[0028]3.3通过电流传感器和电流坐标变换模块读取I
d
,I
q
，通过滤波模块读取w
m
；
[0029]3.4计算当前观测矩阵和协方差矩阵；
[0030]3.5判断是否达到最大迭代次数，如果当前迭代次数k<t
max
返回步骤3.3；如果k≥t
max
进行步骤3.6；
[0031]3.6计算得到负载转矩
[0032]进一步地，负载转矩反馈模块的输入为负载转矩T<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于负载转矩反馈的永磁同步电机单转速环调速装置，其特征在于，包括：光电编码器、永磁同步电机、转速计算模块，滤波模块、速度自动调节器、电流传感器、电流坐标变换模块、负载转矩估计模块、负载转矩反馈模块、空间矢量脉宽调制模块、三相逆变器模块，其中：查表得到永磁同步电机d轴控制电压的参考值U
dref
作为空间矢量脉宽调制模块的输入，空间矢量脉宽调制模块产生三相逆变器的脉宽调制波形，通过三相逆变器模块向永磁同步电机供电；通过光电编码器获取永磁同步电机运转时的转子角度信息，利用转速计算模块计算转子的机械角速度，并通过滤波模块进行降噪后得到转速测量信号w
m
，与设定的参考转速w
ref
作差后作为速度PI调节器的输入；速度PI调节器的输出为控制电压的参考值通过电流传感器从三相逆变器上获取三相电流，结合滤波模块输出的降噪后的转速测量信号w
m
，经过电流坐标变换模块将其转换为dq坐标系下的d轴、q轴电流；利用该电流和转速测量信号w
m
通过负载转矩估计模块估计出负载转矩，负载转矩通过负载转矩反馈模块补偿到所述的控制电压的参考值中得到U
qref
，将补偿后的结果作为空间矢量脉宽调制模块q轴电压输入。2.根据权利要求1所述的基于负载转矩反馈的永磁同步电机单转速环调速装置，其特征在于，滤波模块输入为转速计算模块输出的转子转速w
z
，采用3阶sinc3数字滤波器，输出转子机械角速度信号w
m
；其中在第一个一阶模块中的处理过程为：将机械角速度信号w
z
进行离散化后，作为z带入到1/(1
‑
z
‑1)中进行积分，得到的结果再作为z代入到(1+z
‑4)中进行微分，得到的结果乘以增益1/4，得到输出。3.根据权利要求1所述的基于负载转矩反馈的永磁同步电机单转速环调速装置，其特征在于，所述速度PI调节器的输入为转速测量信号w
m
和参考转速w
ref
的差值，输出为q轴控制电压的参考值采用离散式PI调节器K
P
为比例系数，u(k)为速度PI调节器输入，K
i
表示积分时间常数，K
T
表示调节周期，k表示时间序列。4.根据权利要求1所述的基于负载转矩反馈的永磁同步电机单转速环调速装置，其特征在于，电流坐标变换模块的输入为三相逆变器给电机供电的三相电流I
a
,I
b
,I
c
和滤波模块后输出的机械角速度经计算得到的电角度θ
e
，输出为I
d
,I
q
，具体过程如下：将三相坐标系的电流I
a
,I
b
,I
c
进行Cl...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘格，张文龙，王江，
申请(专利权)人：中国航发西安动力控制科技有限公司，
类型：发明
国别省市：