一种基于能量优化的永磁电机控制装置和方法，装置包括综合管理与调度单元、PWM整流单元和逆变控制单元；其中PWM整流单元包括控制器，此外，所述的PWM整流单元还包括功率变换电路，为三相四桥臂拓扑结构，用于控制零序电流，对电网输入电压进行补偿，消除电网中含有的不对称电流。本发明专利技术装置有效地抑制了电网的不平衡，同时提高了功率因数，确保整流电路的正常运行；逆变单元采用基于能量优化的模糊PI控制算法，实现了能量最优控制，减少了能量损失，节约了能量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力电子与电力传动
，特别涉及一种基于三相四桥臂拓扑结构的整流电路和一种基于能量优化的模糊PI控制算法。
技术介绍
近年来，我国工业规模的不断扩大，能源需求的不断增加，尤其是在近几年国际市场上能源价格的不断上涨的情形下，我国工业发展与资源消耗的矛盾越来越突出，其根本原因在于我国工业并未摆脱以高能耗来支撑发展的老路。这严重制约了国民经济的进一步发展，因此开发一种基于采用先进的工业控制技术以及信息技术的电气传动控制系统，研发节能降耗的控制技术和装置、提高单位能耗产出、提升我国工业水平已势在必行。目前，以电力电子技术为基础并结合控制技术的电气传动系统，已成为自动化生产线和过程自动化的基础核心部分，广泛应用于工业生产的各个领域。随着工业中永磁电机传动控制系统的需求量日益增加，对其控制性能和节能效果也提出了越来越高的指标。 而我国现有的电气传动系统存在能耗大、效率低、控制精度不高等问题。在现代工厂的机械设备中，电气传动系统所耗费的电能占到了 609Γ70%，已成为现代工业耗能的主体，而随着能源价格的不断攀升，这个比例还有继续上升的趋势。传统电气传动系统控制性能差且耗能严重，其主电路多采用三相晶闸管整流、逆变电路，功率因数低、开关管损耗高；控制器普遍采用传统的PI控制算法，传动系统控制精度低、鲁棒性差。针对现有技术的不足，本专利技术提供一种以能量为统一优化指标，对系统中各组成部分进行改造，形成以永磁同步电机为最终执行装置的电气·传动及控制系统，实现了系统低能耗运行的目标。采用模块化设计思想，所研发系统主要由PWM整流单元、逆变控制单元、综合管理和调度单元构成。
技术实现思路
针对现有方法存在的不足，本专利技术提出，以达到有效抑制电网的不平衡，提高功率因数的目的。本专利技术的技术方案是这样实现的一种基于能量优化的永磁电机控制装置，包括综合管理与调度单元、PWM整流单元和逆变控制单元；所述的PWM整流单元包括控制器，此夕卜，所述的PWM整流单元还包括功率变换电路；所述的功率变换电路为三相四桥臂拓扑结构，所述的功率变换电路为三相四桥臂拓扑结构，是用于控制零序电流，对电网输入电压进行补偿，消除电网中含有的不对称电流，抑制电网的不平衡的电路。所述的功率变换电路，为三相四桥臂拓扑结构，每个桥臂由上桥臂和下桥臂串联组成，所述的上桥臂和下桥臂都由开关管和二极管并联构成，第一桥臂的上桥臂与下桥臂的连接点与输入电压的A相连接,第二桥臂的上桥臂与下桥臂的连接点与输入电压的B相连接，第三桥臂的上桥臂与下桥臂的连接点与输入电压的C相连接；第四桥臂的上桥臂与下桥臂的连接点与输入电压G相连接；四个桥臂彼此并联后，再与一个滤波电容并联。采用基于能量优化的永磁电机控制装置的方法，包括以下步骤步骤I :确定基于能量优化的永磁电机控制系统的PI调节参数；步骤1-1 :获得通过电机速度检测装置反馈回来的速度信号和永磁同步电机速度给定值作差值运算，然后通过能量方程得到能量偏差和能量偏差变化率；步骤1-2 :确定模糊PI控制器输入变量和输出变量的论域、模糊子集和隶属函数；步骤1-3 :制定模糊规则，根据模糊规则的合成法则，得到模糊控制查询表；步骤1-4 :能量偏差变量和能量偏差变化率分别乘以模糊化量化因子Ke、K。，得到量化后的能量偏差变量与能量偏差变化率，然后通过查询模糊控制查询表得到未解模糊的模糊PI参数修正值λ K' P、Λ K' 1；最后通过去模糊化，确定最终的模糊PI调节器参数修正值 ΛΚΡ、AK1 ；步骤1-5 :根据模糊PI调节器参数修正值ΛΚΡ、AK1，可得到模糊PI调节器的参数 Kp、K1 ； 步骤2 :对基于能量优化的永磁电机控制系统的电机转速进行控制；步骤2-1 :码盘反馈的速度值与给定值做差值运算，经模糊PI调节器，输出作为电流q轴的给定值；设定q轴为有功轴，d轴为无功轴，则取O为电流d轴的给定值；步骤2-2 d轴、q轴电流给定值分别与反馈电流在d轴、q轴分量作差值运算到d 轴、q轴的偏差值，其中反馈电流在d轴、q轴分量是由三相电压ua、ub、U。经Clark变换和 Park变换得到的，d轴、q轴的偏差值分别经过电流调节器调节输出d轴、q轴电压分量，作为调制信号，触发逆变桥臂上的开关管的开通或关断，输出三相电压最终控制电机转速。本专利技术的有益效果本专利技术装置的PWM整流单元采用三相四桥臂的拓扑结构，有效地抑制了电网的不平衡，同时提高了功率因数，确保整流电路的正常运行；逆变单元采用基于能量优化的模糊PI控制算法，实现了能量最优控制，减少了能量损失，节约了能量。附图说明图I为本专利技术的一种实施方式基于能量优化的永磁电机控制系统的系统结构图；图2为本专利技术的一种实施方式三相四桥臂拓扑结构电路原理图；图3为本专利技术的一种实施方式整流系统硬件结构框图；图4为本专利技术的一种实施方式整流系统中的PWM脉冲产生及其输出电路原理图；图5为本专利技术的一种实施方式整流系统中的电流采样电路原理图；图6为本专利技术的一种实施方式第一扇区七段法开关顺序示意图；图7为本专利技术的一种实施方式棱柱I四面体I开关顺序示意图；图8为本专利技术的一种实施方式整流过程流程图；图9为本专利技术的一种实施方式逆变控制单元硬件控制电路的结构框图；图10为本专利技术的一种实施方式存储电路的电路原理图；图11为本专利技术的一种实施方式电平转换电路的电路原理图；图12为本专利技术的一种实施方式电压转换电路的电路原理图；图13为本专利技术的一种实施方式复位及电压监控电路的电路原理图；图14为本专利技术的一种实施方式相电流检测电路的电路原理图；图15为本专利技术的一种实施方式直流母线检测电路的电路原理图16为本专利技术的一种实施方式欠电压检测电路的电路原理图，其中，(a)为第一片模块温度过高检测电路的电路原理图，(b)为第二片或非门电路的电路原理图；图17为本专利技术的一种实施方式开关量输入输出接口电路的电路原理图，其中， (a)为开关量输出接口电路，(b)为开关量输入接口电路；图18为本专利技术的一种实施方式驱动电路的电路原理图；图19为本专利技术的一种实施方式故障检测与保护电路的电路原理图，其中，(a)电压欠压保护电路；(b)模块温度过高保护电路；(c)非门电路；图20为本专利技术的一种实施方式串行通信接口电路的电路原理图；图21为本专利技术的一种实施方式基于能量优化的永磁电机控制方法的总流程图；图22为本专利技术的一种实施方式电气传动控制系统 控制框图；图23为本专利技术的一种实施方式模糊PI控制器的原理框图；图24为本专利技术的一种实施方式偏差变量E的隶属度函数示意图；图25为本专利技术的一种实施方式偏差变化率E。的隶属度函数示意图；图26为本专利技术的一种实施方式ΔΚ/隶属度函数不意图；图27为本专利技术的一种实施方式Λ K/隶属度函数示意图；图28为本专利技术的一种实施方式综合调度单元的结构图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的实施方式做进一步详细说明。本实施方式中的基于能量优化的永磁电机控制装置，如图I所示，包括综合管理与调度单元、PWM整流单元和逆变控制单元。PWM整流单元采用三相四桥臂拓扑结构，用于实现交流-直流的电能转换，从而为逆变单元提供稳定的直流电压。逆变控制单元，用于调节输出的交流电压，从而实现对永磁电机的控制。综合调度单元通过PR0FIBUS网络本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于能量优化的永磁电机控制装置，包括综合管理与调度单元、PWM整流单元和逆变控制单元；所述的PWM整流单元包括控制器，其特征在于所述的PWM整流单元还包括功率变换电路，是用于控制零序电流，对电网输入电压进行补偿，消除电网中含有的不对称电流，抑制电网的不平衡的电路。2.根据权利要求I所述的基于能量优化的永磁电机控制装置，其特征在于所述的功率变换电路，为三相四桥臂拓扑结构，每个桥臂由上桥臂和下桥臂串联组成，所述的上桥臂和下桥臂都由开关管和二极管并联构成，第一桥臂的上桥臂与下桥臂的连接点与输入电压 A相连接，第二桥臂的上桥臂与下桥臂的连接点与输入电压B相连接，第三桥臂的上桥臂与下桥臂的连接点与输入电压C相连接；第四桥臂的上桥臂与下桥臂的连接点与输入电压G 相连接；四个桥臂彼此并联后，再与一个滤波电容并联。3.一种基于能量优化的永磁电机控制方法，采用权利要求I所述的基于能量优化的永磁电机控制装置，其特征在于包括以下步骤步骤I:确定基于能量优化的永磁电机控制系统的PI调节参数；步骤1-1 :获得通过电机速度检测装置反馈回来的速度信号和永磁同步电机速度给定值作差值运算，然后通过能量方程得到能量偏差和能量偏差变化率；步...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘秀翀，张化光，褚恩辉，闫士杰，董庆雄，吕宏，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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