本发明专利技术公开了一种三相感应电动机单调节回路间接转矩控制系统及其方法，涉及电机驱动与交流调速技术领域。本系统设置有间接转矩控制器，以32位数字信号处理器为核心并配置相应的外围电路，其软件包括磁链观测和转矩计算单元、稳态滑差计算单元、转速采样周期积分单元、转矩调节器单元、定子磁链矢量幅值与相位计算单元和空间电压矢量计算输出单元；本方法主要是利用电机定子每相电动势的有效值公式U?E=4.44kfNF，即保持定子磁链矢量的运动轨迹为磁链圆时电压矢量幅值与相位增量比值为常数关系可以得到下一周期控制电机的空间电压矢量。本发明专利技术只需要转矩单PI调节回路，使系统结构简单，提高系统的动态性能，实现三相感应电动机驱动系统的高性能控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电机驱动与交流调速
，尤其涉及一种三相感应电动机单调节 回路间接转矩控制系统及其方法。
技术介绍
交流电机相对于直流电机在结构简单、维护容易、对环境要求低以及节能和提高 生产力等方面具有足够的优势，使得交流调速已经广泛运用于工农业生产、交通运输、国防 以及日常生活之中。随着电力电子技术、微电子技术、控制理论的高速发展，交流调速技术 也得到了长足的发展。目前在高性能的交流调速领域主要有矢量控制和直接转矩控制两种1、1968年Darmstader工科大学的Hasse博士初步提出了磁场定向控制(Field Orientation)理论，之后在1971年由西门子公司的F. Blaschke对此理论进行了总结和实 现，并以专利的形式发表，逐步完善并形成了现在的各种矢量控制方法。2、对于直接转矩控制来说，一般文献认为它由德国鲁尔大学的M. Depenbrock 教授和日本的I. Takahashi于1985年首先分别提出的。对于磁链圆形的直接转矩控制来 说，其基本思想是在准确观测定子磁链的空间位置和大小并保持其幅值基本恒定以及准确 计算负载转矩的条件下，通过控制电机的瞬时输入电压来控制电机定子磁链的瞬时旋转速 度，来改变它对转子的瞬时转差率，达到直接控制电机输出的目的。在控制思想上与矢量控 制不同的是直接转矩控制通过直接控制转矩和磁链来间接控制电流，不需要复杂的坐标变 换，因此具有结构简单、转矩响应快以及对参数鲁棒性好等优点。为了降低或消除低速时的转矩脉动，提高转速控制精度，进而扩大直接转矩控制 系统的调速范围，近年来，适用于在低速下运行的间接转矩(ISC)控制技术受到了各国学者 的广泛重视。ISC是通过精确计算相邻控制周期的磁链增量来决定电机的定子电压空间矢 量的给定值，实现对电磁转矩进行控制与调节，同时保证了定子磁链的运行轨迹为圆形。但 该控制技术所需要的反馈量都是通过电机的预测模型计算出来的，需要设计精确的电机预 测模型，而且存在着磁链和转矩两个调节回路，设计和应用复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种三相感应电动机 单调节回路间接转矩控制系统及其方法。本专利技术的目的是这样实现的一、三相感应电动机单调节回路间接转矩控制系统(简称系统) 本系统包括供电电源、三相感应电动机、功率逆变器、电压电流检测单元、电机转速检 测单元；设置有间接转矩控制器；供电电源、功率逆变器和三相感应电动机依次连接组成主回路，使三相感应电动机转动；供电电源和功率逆变器分别与电压电流检测单元连接，三相感应电动机和电机转速检 测单元连接，分别检测电压、电流和转速；电压电流检测单元和电机转速检测单元分别与间接转矩控制器连接，间接转矩控制器 和功率逆变器连接组成控制回路，实现间接转矩控制。二、三相感应电动机单调节回路间接转矩控制方法(简称方法) 本方法包括下列步骤①根据定子电压矢量方程Vs=/ (Us- R sis)d t计算出定子磁链， ￥s为定子磁链，Us为定子电压，R s为定子电阻，Is为定子电流；②根据电磁转矩方程Te=F η Ψ s X is计算出电磁转矩， Te为电磁转矩，Fn为电机级数；③将电磁转矩的指令值与实际值做PI计算，得出转矩动态滑差在一个采样周期的积 分动态增量Δ Xd;④将积分动态增量△Xd与磁链在一个周期内的相位稳态增量△ XO相加可得磁链在一 个采样周期总的相位增量ΔΧ;⑤利用电机定子每相电动势的有效值公式U E = 4. 44 k f N F，即电压矢量幅值与 相位增量比值为常数关系可以得到下一周期控制电机的空间电压矢量，U为电机定子电压，E为定子感应电动势，f为定子频率，K为基波绕组系数，N为定 子绕组匝数，F为气隙磁通量，NF可近似等效为电机定子磁链；⑥按空间电压矢量方法计算并输出脉冲宽度可以调节的驱动信号(SVPWM)驱动三相逆 变器；⑦由电压、电流和电机转速检测单元实时检测相关信号并反馈给数字信号处理器进行运算处理。上述步骤中，除步骤⑤外，其它步骤均为常用步骤。本专利技术具有下列优点和积极效果1、只需要转矩单PI调节回路，使系统结构简单，提高系统的动态性能，实现三相感应 电动机驱动系统的高性能控制；2、可实现无速度传感器控制三相感应电动机；3、可广泛应用于各种三相感应电动机，如三相异步电动机、三相同步电动机和永磁同 步电动机等。附图说明图1是现有系统(双调节回路)的结构框图； 图2是本系统(单调节回路)的结构方框图；图3是三相感应电动机MT轴系转子磁场定向等效电路图； 图4是间接转矩控制方式的定子磁链轨迹图； 图5是三相感应电动机的电压空间矢量和磁链空间矢量图； 图6是间接转矩控制器的结构框图； 图7是软件实时中断处理模块流程图。图中000—供电电源； 100—三相感应电动机； 200—功率逆变器； 300—间接转矩控制器，301—磁链观测和转矩计算单元，302—稳态滑差计算单元，303—转速采样周期积分单元，304—转矩调节器单元，305—定子磁链矢量幅值与相位计算单元，306—空间电压矢量计算输出单元，307—磁链调节器，308—定子磁链增量计算单元； 400—电压电流检测单元； 500—电机转速检测单元。英译汉PI 是比例和积分的缩写。系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以 减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降， 甚至造成系统的不稳定。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节 输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强。反之Ti 大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用与比例调节 结合，组成PI调节器。SVPWM 是空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation)的缩 写。以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆 变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准 确磁链圆。传统的SPWM方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而 SVPWM方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的 实时控制。具体实施例方式下面结合附图及实施例详细说明 一、现有系统(双调节回路)如图1，现有系统括供电电源000、三相感应电动机100、功率逆变器200、间接转矩控制 器300 ；电压电流检测单元400、电机转速检测单元500 ；所述的间接转矩控制器300其软件包括磁链观测和转矩计算单元301、稳态滑差计算 单元302、转速采样周期积分单元303、转矩调节器单元304、空间电压矢量计算输出单元 306、磁链调节器307和定子磁链增量计算单元308 ； 其工作原理是三相感应电动机定子磁链矢量采用定子电压矢量方程求得，电磁转矩采用定子磁链矢量和定子电流矢量得出，然后采用定子磁链和转矩两个PI调节回路并结合电机的机械角 速度，分别计算出定子磁链在一个采样周期的幅值增量和相位增量，从而得出该采样周期 的定子磁链增量；再通过空间矢量计算得到控制输出电压的空间矢量，实现异步电动机的 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三相感应电动机单调节回路间接转矩控制系统，包括供电电源（０００）、三相感应电动机（１００）、功率逆变器（２００）、电压电流检测单元（４００）、电机转速检测单元（５００）；其特征在于：设置有间接转矩控制器（３００）；供电电源（０００）、功率逆变器（２００）和三相感应电动机（１００）依次连接组成主回路，使三相感应电动机（１００）运动；供电电源（０００）和功率逆变器（２００）分别与电压电流检测单元（４００）连接，三相感应电动机（１００）和电机转速检测单元（５００）连接，分别测得电压、电流和转速；电压电流检测单元（４００）和电机转速检测单元（５００）分别与间接转矩控制器（３００）连接，间接转矩控制器（３００）和功率逆变器（２００）连接组成控制回路，实现间接转矩控制；所述的间接转矩控制器（３００）以３２位数字信号处理器为核心并配置相应的外围电路，其软件包括磁链观测和转矩计算单元（３０１）、稳态滑差计算单元（３０２）、转速采样周期积分单元（３０３）、转矩调节器单元（３０４）、定子磁链矢量幅值与相位计算单元（３０５）和空间电压矢量计算输出单元（３０６）；磁链观测和转矩计算单元（３０１）分为两路：一路是磁链观测和转矩计算单元（３０１）和转矩调节器单元（３０４）交互；另一路是磁链观测和转矩计算单元（３０１），稳态滑差计算单元（３０２）和转速采样周期积分单元（３０３）依次交互；转速采样周期积分单元（３０３）和转矩调节器单元（３０４）相加后和电压矢量幅值与相位计算单元（３０５）交互，进而再和空间电压矢量计算输出单元（３０６）交互。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王和平，阮浩，
申请(专利权)人：武汉市菱电汽车电子有限责任公司，
类型：发明
国别省市：83
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