一种矿用自卸车变流驱动控制系统及算法技术方案

本发明专利技术涉及一种矿用自卸车变流驱动控制系统及算法，属于工程机械技术领域，其控制系统由发动机、同步发电机、整流器、励磁控制器、电阻栅、逆变器1、逆变器2、交流异步电机1和交流异步电机2构成，发动机与同步发电机同轴连接，通过励磁控制器输出的三相交流电经过整流器整流后，通过逆变器控制异步电机，电阻栅与整流器连接。算法为使用全速域高性能矢量控制策略，对交流异步电机采用全速域磁链观测，高性能电流解耦控制，并基于最大转矩弱磁控制策略，进行基于工况识别的电驱动系统联合优化控制。本发明专利技术使得车辆获得极好的车速控制效果、驾驶更加舒适稳定并提升了矿用自卸车的运行性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种矿用自卸车变流驱动控制系统及算法


[0001]本专利技术涉及一种矿用自卸车变流驱动控制系统及算法，属于工程机械


技术介绍

[0002]矿用自卸车是露天矿山开采和大规模土方建设中的重要关键设备之一，主要用于各种松散物料的运输。重型矿卡运载能力强、机动性高、工作效率高，在全球各大露天矿山中广泛使用。大功率变频驱动技术作为重型矿卡关键技术之一，是世界各大矿山设备生产厂商提升产品核心竞争力的重要保证。当前国内矿用自卸车的变流系统驱动算法以直接转矩控制为主，优点是控制算法简单，动态响应快；缺点也很明显，即低速时因开关频率低导致较高的电流畸变和较大的转矩脉动，又因开关频率不固定的原因在高速时又会出IGBT较高的开关频率，导致IGBT损耗增大和使用寿命降低。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种矿用自卸车变流驱动控制系统及算法，依托矿用自卸车的动力系统、电气系统与传动系统的整合，提升重型矿卡的运行性能。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种矿用自卸车变流驱动控制系统，由发动机、同步发电机、整流器、励磁控制器、电阻栅、逆变器1、逆变器2、交流异步电机1和交流异步电机2构成；
[0006]其中，所述发动机与同步发电机同轴连接，所述同步发电机通过励磁控制器调节励磁电流，输出的三相交流电经过整流器整流后，分别通过逆变器1、逆变器2控制异步电机1、异步电机2，所述电阻栅与整流器连接。
[0007]进一步的，交流异步电机使用全速域高性能矢量控制策略，对交流异步电机采用全速域磁链观测，高性能电流解耦控制，并基于最大转矩弱磁控制策略，进行基于工况识别的电驱动系统联合优化控制。
[0008]进一步的，所述交流异步电机通过全阶闭环转子磁链观测器进行全速域磁链观测。
[0009]进一步的，所述磁链观测器由开环电流模型和自适应电压模型组成。
[0010]进一步的，所述磁链观测器通过配置闭环特征值进行电流—电压模型之间的平滑切换，并进行相位补偿,消除相移项，实现全速域磁链观测。
[0011]进一步的，所述高性能电流解耦控制采用基于转子磁链定向的模型设计。
[0012]进一步的，所述高性能电流解耦控制：将两相旋转坐标系的d轴设在转子磁链矢量上，通过坐标变换后，定子电流分解为励磁部分和转矩部分，对控制系统完成解耦控制。
[0013]进一步的，所述基于工况识别的电驱动系统联合优化控制根据驾驶员指令以及当前电机转速对车辆工况进行识别，建立基于工况的状态机控制。
[0014]进一步的，在各个工况下，将驾驶员指令解析后进行发动机与发电机励磁联动控制，建立基于转速判断与转速限制的双电机控制策略。
[0015]进一步的，所述双电机控制策略为双电机的转矩/功率分配自适应控制。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017]车辆无论在低速段还是高速段都能够获得极好的车速控制效果；车辆转矩脉动极小，驾驶更加舒适稳定；在转向差速工况、打滑工况、启动工况、制动工况下实现转矩/功率分配自适应方案，提升重型矿卡的运行性能。
附图说明
[0018]图1是本专利技术的控制系统框图；
[0019]图2是本专利技术励磁控制器的发电机励磁控制框图；
[0020]图3是本专利技术的控制系统控制框图；
[0021]图4是本专利技术的磁链观测框图；
[0022]图5是本专利技术的电流解耦控制框图。
具体实施方式
[0023]为使本专利技术实施例的目的、效果、技术方案更加清晰，下面结合附图、实施案例对技术方案进行清楚、完整的描述，以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术范围。本专利技术主要以矢量控制算法为主，实现重型矿卡变频驱动控制系统在全速域的良好控制与先进控制策略的应用目的。上述控制算法依托矿用自卸车的动力系统、电气系统与传动系统的整合，具有较强的使用领域针对性。
[0024]矿用自卸车变流驱动控制系统原理如下：发动机带动同步发电机，发电机输出的三相交流电进入变流系统，变流系统经过“交流—直流—交流”的整流逆变过程后，输出三相可控交流电驱动三相交流异步电机，并通过轮边减速机将动力输出至轮胎。在车辆电制动过程中，交流异步电机由电动机转变为发电机状态，制动能量经过整流后送至电阻栅耗散。
[0025]本专利技术控制算法通过对矿用自卸车的交流异步电机使用全速域高性能矢量控制策略，对交流异步电机采用全速域磁链观测、高性能电流解耦控制，并基于最大转矩弱磁控制策略，进行基于工况识别的电驱动系统联合优化控制。
[0026]如图1所示，矿用自卸车变流驱动控制系统由发动机、同步发电机、整流器、励磁控制器、电阻栅、逆变器1、逆变器2、交流异步电机1与交流异步电机2构成。其中，发动机与同步发电机同轴连接，通过励磁控制器调节励磁电流，即可控制发电机输出电压的大小，同步发电机输出的三相交流电经过整流器变为直流电，分别通过逆变器1、逆变器2的算法应用实现对异步电机1、异步电机2的单独控制。电阻栅与整流器连接，在车辆电制动过程中，交流异步电机由电动机转变为发电机状态，制动能量转换成电能，经过整流器整流后送至电阻栅耗散。
[0027]如图2所示，励磁控制器的发电机励磁控制策略中被控量为直流母线电压，控制量为斩波电路占空比，由励磁控制器根据直流母线电压V
DC
与目标电压V
*DC
差值通过专家PID控制算法得出。针对重型矿卡工况，引入辅助稳压策略，包含低怠速下的预励磁控制和前馈励磁控制。对于行程踏板指令发生较大变化的情况，考虑到因柴油发动机与电驱系统响应时间常数差距较大导致的系统响应特性下降问题，引入前馈励磁控制，即前馈控制，由于前馈
控制直接来自整车控制器对油门踏板指令的响应，且没有发电机这类惯性较大的反馈参数参与，故响应更快，能够对励磁电流进行有预见性地补偿。
[0028]如图3所示，变流驱动控制系统的控制过程可作如下描述：驾驶员通过加速踏板下达驱动指令U
AP
，主控制器将驱动指令解析为两个部分；一个是动力转换系统控制指令n
E_tar
，该指令发送给发动机，实现发动机转速对指令n
E_tar
变化的跟随和直流母线电压U
DC_tar
对发动机转速变化的跟随，从而控制动力转换系统输出相应驱动功率；另一个是牵引指令，主控制器根据当前驱动电机的转速值，判断当前电机的工作状态，并按照相应的控制决策计算牵引系统的总输出转矩，并将目标转矩分配给两侧驱动电机。变频控制器根据主控制器指令T
M1_tar
和T
M1_tar
实施相应控制，控制驱动电机达到给定的目标转矩。驱动电机根据驱动转矩与阻力矩的关系，实现电机转速的变化，进而实现重型矿卡车速按照驾驶指令发生相应变化。
[0029]如图4所示，本专利技术的矿用自卸车变流驱动控制系统的算法中交流异步电机采用全阶闭环转子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿用自卸车变流驱动控制系统，其特征在于：由发动机、同步发电机、整流器、励磁控制器、电阻栅、逆变器1、逆变器2、交流异步电机1和交流异步电机2构成；其中，所述发动机与同步发电机同轴连接，所述同步发电机通过励磁控制器调节励磁电流，输出的三相交流电经过整流器整流后，分别通过逆变器1、逆变器2控制异步电机1、异步电机2，所述电阻栅与整流器连接。2.一种权利要求1所述的系统的控制算法，其特征在于：交流异步电机使用全速域高性能矢量控制策略，对交流异步电机采用全速域磁链观测，高性能电流解耦控制，并基于最大转矩弱磁控制策略，进行基于工况识别的电驱动系统联合优化控制。3.根据权利要求2所述的的控制算法，其特征在于：所述交流异步电机通过全阶闭环转子磁链观测器进行全速域磁链观测。4.根据权利要求3所述的的控制算法，其特征在于：所述磁链观测器由开环电流模型和自适应电压模型组成。5.根据权利要求3所述的的控制算法，其特征在于：所述磁链观...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮，李斌，张亚鹏，张莉，褚福阳，房康宁，王冠，顾程鹏，
申请(专利权)人：徐州徐工矿业机械有限公司，
类型：发明
国别省市：