直线感应电机的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种直线感应电机的控制方法，根据逆变器对直线感应电机的输入电压，得到直线感应电机初级磁链的实际磁链幅值和磁链频率，然后通过采集直线感应电机的实时速度，得到直线感应电机定子磁链的磁链幅值参考值和磁链频率参考值，同时结合初级磁链的目标形状，确定合适的电机初级电压空间矢量使实际磁链幅值和磁链频率分别趋于磁链幅值和磁链频率的参考量，从而得到相应的控制信号传送给直流电源与直线感应电机之间的逆变器。本发明专利技术是一种控制更为简便、稳定，能够提升直线感应电机控制系统整体性能的直线感应电机的控制方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及到直线感应电机领域，特指一种直线感应电机的控制方法，但也可以用于其它电机的控制。
技术介绍
直线感应电机的基本原理及其等效电路的结构与旋转感应电机基本一致。但由于它诸多独有的特点，它的控制比旋转电机要困难得多。这主要表现在以下几个方面：A：边端效应的影响。特别是动态纵向边端效应，在中高速时削弱气隙磁链，从而导致电机励磁电感的减小，大大降低了直线电机的效率。且磁链削弱量很难准确预知，特别是在实时控制系统中。B：气隙尺寸的变化。在直线电机运行时，其初次级间气隙尺寸不断随机变化，从而其速度-推力的机械特性也随之变化。C：对于使用背铁作为次级(地铁或磁悬浮通常用该类型次级)的直线感应电机，其磁渗透深度随滑差频率等而变化，由于磁性材料特性的非线性，这导致电机次级参数的非线性变化，由于受诸多因素的影响，特别是在实时系统中，该等效电路参数很难准确预知。D：初次级间存在法向力。该法向力特别是单边直线感应电动机法向力峰值可达牵引力的几倍。过高的法向力危机运行安全。特别是磁悬浮其法向力有更严格要求。基于以上特点，使旋转电机的控制方法很难直接运用在直线电机控制上。对于直线电机的控制，国内外作了很多研究。但有很多没有考虑效率因素，如矢量控制等，这适合于在微小直线电机控制。另外也有使用诸多如滑模控制，自适用控制等复杂算法，但大多停留在理论探索方面，没有进行实际运用。且一般控制复杂，不易实现。且其控制特性或多或少仍受参数变化影响。因此具有高实用性的牵引直线电机控制方法并不多见。最有代表性的牵引直线电机实用控制方法莫过于加拿大城市交通发展公司(现已被庞巴迪收购)A.K.Wallace于1980年在IEEE磁学会刊上发表的滑差控制方法，该方法综合考虑了直线感应电机的特性而进行电流的频率和幅值控制。能有效地控制直线电机的推力和运行速度，取得较高的效率，并在加拿大的直线电机地铁系统中得到使用。-->
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，提供一种控制更为简便、稳定，能够提升直线感应电机牵引系统整体性能的直线感应电机的控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的解决方案为：一种直线感应电机的控制方法，其特征在于：根据逆变器对直线感应电机的输入电压，得到直线感应电机初级磁链的实际磁链频率和磁链幅值，然后采集直线感应电机的实时速度，通过实时速度得到直线感应电机初级磁链的频率参考量和幅值参考量，同时结合目标状态下初级磁链的形状，确定合适的初级电压空间矢量使实际磁链幅值和磁链频率分别趋于幅值参考量和频率参考量，将与初级电压空间矢量对应的控制信号传送给直流电源与直线感应电机之间的逆变器，从而改变直线感应电机的速度或推力。本专利技术其中一种方案的步骤进一步为：(1).采集逆变器输入端的直流电源电压值，结合前一周期微处理器对逆变器的控制信号，得到直线感应电机的输入电压ua，ub，uc，经过3/2变换得到usα，usβ，通过下列式①得到准初级磁链空间矢量ψi在直角坐标系α、β轴的分量ψiα，ψiβ，据此进一步可算得准初级磁链实际幅值ψi以及准初级磁链实际空间矢量角θψi或通过下式②得到准初级磁链实际角速度ωψi；ψiα，β＝∫usα，βdt……………………………………………………………①；ωψi=ΔθψiΔt]]>....................................................②(2).采集直线感应电机的实时电机速度信号v，由该速度信号v即可初步确定滑差角频率基本参考量，在此基础上结合实际情况进一步优化确定滑差频率参考量ωsl*，并可通过下式③、④得到准初级磁链空间矢量角参考量θψi*或通过下式④得到准初级磁链空间矢量角速度参考量ωψi*；θψi*=∫ωψi*dt]]>.....................................................③ωψi*=vπτ+ωsl*]]>.....................................................④(3).根据所需要的目标推力可直接得到准初级磁链空间矢量幅值参考量ψi*，或者根据取得的速度信号v和设定目标速度信号参考值v*之间的误差进行PI调节得到准初级磁链-->空间矢量幅值参考量ψi*；(4).结合直线感应电机初级磁链的目标形状，确定合适的初级电压空间矢量使准初级磁链实际空间矢量角θψi趋于准初级磁链空间矢量角参考量θψi*或者使准初级磁链实际角速度ωψi趋于准初级磁链空间矢量角速度参考量ωψi*；准初级磁链实际幅值ψi趋于准初级磁链空间矢量幅值参考量ψi*，也就得到相应的控制信号传送给直流电源与直线感应电机之间的逆变器，完成对直线感应电机的控制。上述方案中，本专利技术进一步通过步骤(1)、(2)和(3)中得到的数值通过下式⑤得到的矢量角误差εθ或通过下式⑥得到角速度误差εω，对矢量角误差εθ或角速度误差εω进行滞环控制，使矢量角误差εθ或角速度误差εω等于或趋于零，即得到磁链的频率控制；同时对磁链幅值进行滞环控制，使实际磁链幅值与磁链幅值参考量间的误差为零，此即得到磁链的幅值控制，或利用θψi*和ψi*，结合直线感应电机初级磁链的目标形状，利用空间矢量调制的方法，同时达到磁链的频率控制和幅值控制。ϵθ=θψi*-θψi]]>⑤               ϵω=ωψi*-ωψi]]>⑥本专利技术另一种方案的步骤进一步为：(1).采集逆变器输入端的直流电源电压值，结合前一周期微处理器对逆变器的控制信号，得到直线感应电机的输入电压ua，ub，uc，经过3/2变换得到usα，usβ，同样可得到输入电流值isα，isβ，通过下列式⑦得到初级磁链空间矢量ψs在直角坐标系α、β轴的分量ψsα，ψsβ，据此进一步可算得其初级磁链实际幅值ψs以及初级磁链实际空间矢量角θψs或通过下式⑧得到初级磁链实际角速度ωψs；ψsα，β＝∫(usα，β+isα，βRs)dt…………………………………………………⑦ωψs=ΔθψsΔt]]>..........................................................⑧(2).采集直线感应电机的实时电机速度信号v，由该速度信号v即可初步确定滑差角频率基本参考量，在此基础上结合实际情况进一步优化确定滑差频率参考量ψsl*，并可通过下式⑨、⑩得到初级磁链空间矢量角参考量θψs*或通过下式⑩得到初级磁链空间矢量角-->速度参考量ωψs*；θψs*=∫ωψs*dt]]>.............................................................本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直线感应电机的控制方法，其特征在于：根据逆变器对直线感应电机的输入电压，得到直线感应电机初级磁链的实际磁链频率和磁链幅值，然后采集直线感应电机的实时速度，通过实时速度得到直线感应电机初级磁链的频率参考量和幅值参考量，同时结合目标状态下初级磁链的形状，确定合适的初级电压空间矢量使实际磁链幅值和磁链频率分别趋于幅值参考量和频率参考量，将与初级电压空间矢量对应的控制信号传送给直流电源与直线感应电机之间的逆变器，从而调节直线感应电机的速度或推力。

【技术特征摘要】
1、一种直线感应电机的控制方法，其特征在于：根据逆变器对直线感应电机的输入电压，得到直线感应电机初级磁链的实际磁链频率和磁链幅值，然后采集直线感应电机的实时速度，通过实时速度得到直线感应电机初级磁链的频率参考量和幅值参考量，同时结合目标状态下初级磁链的形状，确定合适的初级电压空间矢量使实际磁链幅值和磁链频率分别趋于幅值参考量和频率参考量，将与初级电压空间矢量对应的控制信号传送给直流电源与直线感应电机之间的逆变器，从而调节直线感应电机的速度或推力。2、根据权利要求1所述的直线感应电机的控制方法，其特征在于步骤为：(1)、采集逆变器输入端的直流电源电压值，结合前一周期微处理器对逆变器的控制信号，得到直线感应电机的输入电压ua，ub，uc，经过3/2变换得到usα，usβ，通过下列式①得到准初级磁链空间矢量ψi在直角坐标系α、β轴的分量ψiα，ψiβ，据此进一步可算得准初级磁链实际幅值ψi以及准初级磁链实际空间矢量角θψi或通过下式②得到准初级磁链实际角速度ωψi；ψiα，β＝∫usα，βdt……………………………………………………………①；ωΨi=ΔθΨiΔt]]>…………………………………………………………②(2)、采集直线感应电机的实时电机速度信号v，由该速度信号v即可初步确定滑差角频率基本参考量，在此基础上结合实际情况进一步优化确定滑差频率参考量ωsl*，并可通过下式③、④得到准初级磁链空间矢量角参考量θψi*或通过下式④得到准初级磁链空间矢量角速度参考量ωψi*；θΨi*=∫ωΨi*dt]]>…………………………………………………………③ωΨi*=vπτ+ωsl*]]>…………………………………………………………④(3)、根据所需要的目标推力可直接得到准初级磁链空间矢量幅值参考量ψi*，或者根据取得的速度信号v和设定目标速度信号参考值v*之间的误差进行PI调节得到准初级磁链空间矢量幅值参考量ψi*；(4)、结合直线感应电机准初级磁链的目标形状，确定合适的初级电压空间矢量使准初级磁链实际空间矢量角θψi趋于准初级磁链空间矢量角参考量θψi*或者使准初级磁链实际角速度ωψi趋于准初级磁链空间矢量角速度参考量ωψi*；同时准初级磁链实际幅值ψi趋于准初级磁链空间矢量幅值参考量ψi*，也就得到相应的控制信号传送给直流电源与直线感应电机之间的逆变器，完成对直线感应电机的控制。3、根据权利要求2所述直线感应电机的控制方法，其特征在于：通过步骤(1)、(2)和(3)中得到的数值通过下式⑤得到的矢量角误差εθ或通过下式⑥得到角速度误差εω，对矢量角误差εθ或角速度误差εω进行滞环控制，使矢量角误差εθ或角速度误差εω趋于零，此也即得到磁链的频率控制；同时对磁链幅值进行滞环控制，使实际磁链幅值与磁链幅值参考量间的误差等于或趋于为零，此即得到磁链的幅值控制，或利用θψi*和ψi*，结合直线感应电机准初级磁链的目标形状，利用空间矢量调制的方法，同时达到磁链的频率控制和幅值控制。ϵθ=θψi*-θψi]]>……………………………………………………⑤ϵω=ωψi*-ωψi]]>……………………………………………………⑥4、根据权利要求1所述直线感应电机的控制方法，其特征在于步骤为：(1)、采集逆变器输入端的直流电源电压值，结合前一周期微处理器对逆变器的控制信号，得到直线感应电机的输入电压ua，ub，uc，经过3/2变换得到usα，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭焕，刘可安，王坚，
申请(专利权)人：株洲南车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]