感应电动机的无传感器矢量控制系统及方法技术方案

一种感应电动机的无传感器矢量控制系统，包括：磁通量与速度控制单元，接收预定命令值并产生ＤＣ分量的两相电压；第一参照系转换单元，将ＤＣ分量的两相电压转换成ＡＣ分量的三相电压；换流器，接收ＡＣ分量的三相电压并驱动感应电动机；电流检测单元，接收流过换流器与感应电动机之间的ＡＣ分量的三相电功率，检测并输出ＡＣ分量的三相电流；第二参照系转换单元，接收ＡＣ分量的三相电流，进行转换并输出ＤＣ分量的两相电流；磁通量与速度估算单元，接收ＤＣ分量的两相电压和ＤＣ分量的两相电流，估算矢量控制所需的磁通量与速度；以及一次线圈电阻估算单元，接收ＤＣ分量的两相电压、ＤＣ分量的两相电流和磁通量与速度的估算值，估算一次线圈电阻。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
感应电动机的无传感器矢量控制系统及方法                  
本专利技术涉及一种感应电动机的矢量控制系统，具体地说，涉及一种感应电动机的无传感器矢量控制系统，该系统不用速度测量装置就能估算感应电动机的磁通量和速度。                  
技术介绍
通常，由于DC电动机具有易控制性，因此长时间以来它都用作固定速度和可变速度的控制装置。但DC电流具有以下缺点：使用预定时间后会消耗电刷，由此需要维护和修理。在感应电电动机的情况下，由于其坚固的结构，其在维护和修理方面是优良的。特别是其低廉的价格，因此在工业领域中广泛应用。但是，由于感应电动机与DC电动机相比其控制困难，因此它主要用于恒速运行。然而，近来，随着矢量控制理论的引入而能通过利用速度传感器分别地控制磁通量和转矩分量，以及随着高速功率半导体器件的出现和高性能微处理器(中央处理器或数字信号处理器)的发展，就可能实现感应电动机的可变速运行，并且能根据速度控制特性的效能以超过DC电动机的水平控制感应电动机，从而使采用DC电动机的可变速控制领域越来越多地采用感应电动机代替DC电动机。为对感应电动机进行矢量控制，应当从感应电动机反馈电动机的速度或磁通量信息，为此就需要速度信息传感器或磁通量传感器，例如测速发电机、解算器(resolver)或脉冲编码器。然而，由于传感器包括电路，因此，由于电路的使用温度范围和速度传感器与换流器(inverter)之间花费较大的信号配线致使带有传感器的感应电动机也受到限制。即使可以安装速度传感器，也由于感应电动机与速度传感器之间的连接部件禁受不住冲击，因此出于设备可靠性考虑也最好避免使用传感器。-->因此，为了解决这些问题，已经成功进行了一种不需要速度传感器的无传感器矢量控制研究。因此，近来已经提出了各种关于没有速度传感器的无传感器矢量控制系统的感应电动机速度估算方法。其中，对通过利用模型(model)参考自适应性系统(MRAS)、磁通量检测器和电机的联立微分方程直接估算并控制磁通量的方法进行了研究。图1是依照常规技术的无传感器矢量控制系统的示意性方框图。如图1所示，一种用于接收电源装置13的电力并驱动感应电动机的无传感器控制系统包括：速度控制器(speed controller)，向其反馈有参考速度(ωr*)和来自积分与比例常数计算单元20的估算速度值当指定了预定参考速度(ωr*)和参考磁通量分量的电流(i1α*)时，对它们进行运算，并输出参考转矩分量的电流(i1β*)；电流变电压命令单元10，它接收参考磁通量分量的电流(i1α*)和参考转矩分量电流(i1β*)，并输出DC参考电压(v1α*，v1β*)；DC变AC转换器11，它接收DC参考电压(v1α*，v1β*)，并输出两相参考AC电压(v1d*，v1q*)；相电压转换器(converter)12，用以接收两相参考AC电压(v1d*，v1q*)和三相参考相电压(va*，vb*vc*)；换流器(inverter)14，用于接收三相参考相电压(va*，vb*vc*)，并控制感应电动机(IM)；感应电动机15，用于接收来自换流器的三相参考相电压(va*，vb*vc*)，并受到驱动；电流检测器16，用于检测流过换流器与感应电动机之间的电流，并输出测得的相电流(ia，ib，ic)；相电流转换器17，用于接收检测的相电流(ia，ib，ic)并将它们转换成d-轴电流(id)、q-轴电流(iq)；磁通量运算器18，用于接收输入的d-轴电流(id)和q-轴电流(iq)，接收两相参考AC电压(v1d*，v1q*)，估算两相AC磁通量并将其输出；AC/DC转换器19，用于接收估算的两相AC磁通量估算DC磁通量并将其输出；积分/比例常数计算单元20，它通过利用估算的DC磁通量分量的估算速度，并将其输出；滑差(slip)运算器23，用于接收磁通量分量的电流(i1α*)和转矩分量电流(i1β*)，获得并输出滑差；以及积分器25，用于接收滑差和估算的速度对它们进行积分以估算角度。现在将解释按上述构造的无传感器矢量控制系统的操作。首先，当积分/比例常数计算单元20从用户处接收参考速度(ωr*)时，就运算并输出一个值。速度控制器22接收该值并输出转矩分量电流(i1β*)。-->其后，电流/电压命令单元10通过利用磁通量分量的电流(i1α*)和转矩分量电流(i1β*)输出DC参考电压(v1α*，v1β*)。由DC变AC转换器11将DC参考电压(v1α*，v1β*)转换成两相AC参考电压(v1d*，v1q*)。然后，为驱动感应电动机，相电压转换器12接收两相AC参考电压(v1d*，v1q*)，并输出三相参考相电压(va*，vb*vc*)，然后换流器14通过利用供电装置提供的电力和三相参考相电压(va*，vb*vc*)驱动感应电动机。可按以下方式获得估算速度和估算角度检测流过换流器14与感应电动机15之间的电流以获得三相电流(ia，ib，ic)。通过相电流转换器17将三相电流(ia，ib，ic)转换成两相d轴-电流(id)和q-轴电流(iq)并将其输出，所述两相电流容易控制。磁通量运算器18接收DC/AC转换器11的输出值(v1d*，v1q*)和d轴-电流(id)与q-轴电流(iq)，然后估算两相AC磁通量以估算两相AC磁通量AC/DC转换器19将两相AC磁通量转换成两相DC磁通量(该DC磁通量可方便地被控制)，然后积分/比例常数计算单元通过利用两相DC磁通量分量中的分量进行运算并获得经估算的速度将估算出的速度与滑差运算器23的输出相加获得估算的角速度积分器25通过利用估算的角速度估算参照系变换所需的角度上面描述了常规的无传感器矢量控制系统，但它存在许多问题。例如，第一，由于电流/电压命令单元不包括磁通量的微分项而仅考虑了正常状态，因此在瞬变状态中不可能实现瞬时转矩控制。第二，为获得估算速度应当精确计算积分与比例常数计算单元20要使用的比例常数与积分常数值，由于对每个电机来说比例常数和积分常数值都不同，且实际很难获得这些常数，因此进行精确计算非常困难。第三，正如上面所述的，在通过常规的无传感器矢量控制系统控制电机速度的情况下，当以低速算法驱动电机时，采用其中将高频电压或电流加到基波电压上以查找电机磁通量绝对位置的方法。该方法在低速时是有效的，但在高速时就不能使用。同时，在高速算法的情况下，当控制电机速度时，算法在高速时有效，但在低速时实施就非常困难。因此，该方法不能覆盖整个速度范围。-->              专利技术概述因此，本专利技术的一个目的是提供一种感应电动机的无传感器矢量控制系统，它能在每个速度范围内稳定运行，并能精确地控制速度和转矩。本专利技术的另一个目的是提供一种能自动偏移电机常数变化和低速时电压误差的无传感器矢量控制系统。本专利技术的再一个目的是提供一种容易实现的算法，它通过降低对感应电动机参数的依赖性来实现，该和运算操作不使用高性能的操作单元。正如此处体现和概括描述的，为达到这些和其它优点并依照本专利技术的目的，提供了一种感应电动机的无传感器矢量控制系统，它由电源装置供电以驱动感应电动机，该系统包括：磁通量与速度控制单元，用于接收预定命令值并产生DC分量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种感应电动机的无传感器矢量控制系统，其由电源装置供电以驱动感应电动机，该系统包括： 磁通量与速度控制单元，用于接收预定的命令值并产生直流分量的两相电压； 第一坐标转换单元，用于将直流分量的两相电压转换成交流分量的三相电压； 换流器，用于接收交流分量的三相电压并驱动感应电动机； 电流检测单元，用于检测并输出流过换流器与感应电动机之间的交流分量的三相电流； 第二坐标转换单元，用于将来自电流检测单元的交流分量的三相电流转换成直流分量的两相电流； 磁通量与速度估算单元，用于从第二坐标转换单元接收ＤＣ分量的两相电压， 和矢量控制所需的磁通量与速度的估算值；以及 一次线圈电阻估算单元，用于接收直流分量的两相电压、直流分量的两相电流和磁通量与速度的估算值，估算一次线圈的电阻。

【技术特征摘要】
KR 2000-8-18 47836/001.一种感应电动机的无传感器矢量控制系统，其由电源装置供电以驱动感应电动机，该系统包括：磁通量与速度控制单元，用于接收预定的命令值并产生直流分量的两相电压；第一坐标转换单元，用于将直流分量的两相电压转换成交流分量的三相电压；换流器，用于接收交流分量的三相电压并驱动感应电动机；电流检测单元，用于检测并输出流过换流器与感应电动机之间的交流分量的三相电流；第二坐标转换单元，用于将来自电流检测单元的交流分量的三相电流转换成直流分量的两相电流；磁通量与速度估算单元，用于从第二坐标转换单元接收DC分量的两相电压，和矢量控制所需的磁通量与速度的估算值；以及一次线圈电阻估算单元，用于接收直流分量的两相电压、直流分量的两相电流和磁通量与速度的估算值，估算一次线圈的电阻。2.根据权利要求1所述的系统，其中磁通量与速度控制装置包括：第一运算器，用于接收参考速度(ωr*)和估算速度并对它们进行算术运算；速度控制器，用于接收第一运算器的输出并输出参考转矩分量的电流第二运算器，用于接收参考转矩分量的电流和同步参照系中转矩分量的电流(iqse)，进行算术运算；转矩电流控制器，用于接收第二运算器的输出并产生同步参照系中的q-轴电压第三运算器，用于接收感应电动机的参考磁通量和估算磁通量并进行算术运算；磁通量控制器，用于接收第三运算器的输出并输出磁通量分量的偏移电流磁通量电流运算器，用于接收感应电动机的参考磁通量并输出初始磁通量分量的电流第四运算器，用于接收磁通量分量的偏移电流和初始磁通量分量的电流和初始磁通量分量的电流并对它们进行运算；第五运算器，用于接收第四运算器的输出值和同步参照系中的磁通量分量的电流(idse)；以及磁通量电流控制器，用于接收第五运算器的输出并产生同步参照系中的d-轴电压3.根据权利要求1所述的系统，其中第一坐标转换单元包括：与静止参照系同步的转换器，用于接收直流分量的两相电压将其转换成静止参照系中的两相电压然后输出；以及2相向3相的参照系转换器，用于将静止参照系中的两相电压转换成交流分量的三相电压(va*，vb*，vc*)，并将其输出。4.根据权利要求1所述的系统，其中第二坐标转换单元包括：3相向2相的坐标转换器(39)，用于接收交流分量的三相电流(ia，ib，ic)，将其转换成两相电流(iqss，idss)并将其输出；以及与静止参照系同步的转换器(40)，用于接收DC分量的两相电流(iqss，idss)，将其转换成两相电流(idse，iqse)并将其输出。5.根据权利要求1所述的系统，其中磁通量与速度估算单元包括：利用电流模型的转子磁通量估算器，用于根据静止参照系中的电流(idqss)和电压输出转子磁通量利用电压模型的转子磁通量估算器，用于根据静止参照系中的电流(idqss)和电压输出转子磁通量第七运算器，用于计算利用电压模型的转子磁通量估算器输出值与利用电流模型的转子磁通量估算器输出值之间的差值；控制器，用于接收第七运算器的输出值，将其乘以预定比例的常数值，并获得磁通量的估算值以及磁通量与速度运算器，用于接收磁通量的估算值并计算矢量控制所需的值。6.根据权利要求5所述的系统，其中根据电流模型的转子磁通量估算器包括：第一参照系转换器，用于接收静止参照系中的两相电流(idqss，idss，iqss)，将其转换成同步参照系中的值并将其输出；第六运算器，用于输出通过将第一参照系转换器的输出值(idqsr，idsr，iqsr)与感应电动机常数(Lm/Lr)相乘得到的值与通过同步参照系中的转子磁通量与由感应电动机常数限定的时间常数(1/Tr)相乘得到的值之间的差值；第一积分器，用于接收第六运算器的输出值，并输出同步参照系中的转子磁通量(λdqrr)；第二积分器，用于从磁通量与速度运算器接收估算的速度对其进行积分；以及第二坐标转换器，用于接收第一积分器的输出值和第二积分器44的输出值，对它们进行参照系转换，然后输出静止参照系中的转子磁通量7.根据权利要求5所述的系统，其中利用公式和获得利用电流模型的转子磁通量估算器的同步参照系中的转子磁通量通过下式和获得静止参照系中的转子磁通量，其中“Lr”表示同步电抗，“Lm”表示磁化电抗，“rr”表示同步参照系中的电阻，而“idsr”和“iqsr”表示同步参照系中的电流。8.根据权利要求5所述的系统，其中利用电压模型的转子磁通量估算器包括：第八运算器，用于对通过以静止参照系表示的电压与以静止参照系表示的电流(idqss)与一次线圈电阻相乘得到的值进行运算，并将其输出；第九运算器，用于对第八运算器的输出值和控制器的输出值进行运算，并将其输出；第三积分器，用于对第九运算器的输出值进行积分；第十运算器，用于对通过以静止参照系表示的电流(idqss)与漏磁通量分量(σLs)相乘得到的值与第三积分器的输出值之间的差值进行运算；以及感应电动机常数(Lm/Lr)。9.根据权利要求8所述的系统，其中利用公式和产生根据电压模型的转子磁通量估算器的静止参照系中的转子磁通量利用公式和产生上述公式中考虑到定子漏磁通量分量(σLs)的转子磁通量其中“vdss”和“vqss”表示静止参照系中的电压，“iqss”和“idss”表示静止参照系中的电流，“rs”表示一次线圈电阻，“Lr”表示同步电抗，“Lm”表示磁化电抗，以及“iqss”和“idss”表示静止参照系中的电流。10.根据权利要求5所述的系统，其中矢量控制所需的磁通量估算值表示通过利用根据电流模型的转子磁通量和根据电压模型的转子磁通量估算的磁通量，电压模型利用高通滤波器(s/(s+...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵柄国，
申请(专利权)人：LG产电株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]