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基于铁损模型的异步电机矢量控制方法

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基于 模型 异步电机 矢量 控制 方法
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1、发表在 工业应用会刊 , 2015,51(2):1259-1267.)这两 篇文章都尝试通过改进观测,51(2):1259-1267.)(作 者: Shu Y,Hirahara H,Tanaka A,al.IEEE Transactions on Industry Applications,2015感应电机和永磁同步电机无传感器矢量控制)(Shu Y,Hirahara H,Tanaka A,et ering Equivalent Iron Loss Resistance” (考虑等 效铁耗电阻的on and Permanent- Magnet Synchronous Motors Consid。

2、题为 “Universal Sensorless Vector Control of Inducti K,Matsuse K., 发表在 电力电子与运动控制.IEEE , 1992: 67-71.)和s and Motion Control.IEEE, 1992:67-71.)(作者: Kubota定向感应电机 铁心损耗补偿)(Kubota K,Matsuse K.Power Electronicld-oriented induction motor drives” (基于自适应磁链观测器的磁场 for core loss of adaptive flux observer-based fie。

3、知为前提, 而在实际应用时, 铁损等效电阻往往难以获得。 0004 题为 “Compensation, 并基于此给出了一个稳态解耦补偿网络但这种补偿网络不仅是一种稳态补偿, 而且必须以 铁损等效电阻已电机等效电路基础 上, 通过与励磁电感支路并联等效铁损电阻的方法, 建立了考虑铁损的异步电机数学模型学会汇刊 B-电力应用 , 1987,134(6):355-363.)的文章。 这篇文章提出了在理想,134(6):355-363.)(作者: Boldea I, Nasar S A, 发表在 IEEIEE Proceedings B-Electric Power Applications,1987。

4、hines” (电机正交轴模型 铁心损耗与饱和的统一处理)(Boldea I, Nasar S A.ation in the orthogonal-axis model of electric mac试。 如题为 “Unified treatment of core losses and satur机铁损对矢量控制的影响, 对进一步提高矢量控制的性能具有重要的 意义。 为此, 许多学者做出不同的尝加。 因此, 在电动汽 车特殊场合, 铁损对各项控制性能产生的影响就不容忽略。 0003 研究异步电矩电流调节能力, 电机励磁电感一 般设计得较小, 电感量的减小带来了电流纹波的增加, 导致电机铁损增。

5、 铁损也是电机运行过程中所不可避免的。 在电动车 驱动系统中, 为了在高速行驶时仍然可以获得较好的转铁损的假设下推导出来的。 但在实际的应用当中, 电机的参数会随电 机温度和运行状态的变化而发生变化,跃, 达到与直流电机控制性能相媲美的程度。 矢量控制的基本原理是在电机参数不 变, 并忽略磁通饱和及的应用。 矢量控制的引入, 实现了异步电机磁场和转矩的解耦控制, 使异步电机的调速性能得到了 质的飞行改进。 背景技术 0002 异步电机具有稳定性好、 结构简单、 免维护等优点, 在工业领域有着广泛异步电机矢量控制方法, 具体地说是基于电机铁损模 型实现对励磁电感电流的观测, 进而对传统矢量控制进。

6、982 A 5 一种基于铁损模型的异步电机矢量控制方法 技术领域 0001 本发明涉及一种考虑铁损的获得im1; 4)im1经过低通滤波环节获得im2。 权利要求书 4/4 页 5 CN 107482感电流幅值大于最大限幅 时, 限幅输出为 3)利用限幅环节输出的幅值和相位从极坐标系转换到直角坐标系流幅值进行限幅, 限幅原理为: 当观测的励磁电感电流 幅值小于最大限幅时, 限幅输出为当观测的励磁电从直角坐标系转换到极坐标系后, 获得观测励磁电感电流 的幅值和相位 s; 2)对获得的观测励磁电感电矢量控制方法, 其特征在于, 步 骤4中所述观测补偿量im2获得步骤如下: 1)将观测的励磁电感电流。

7、 可以获得公式(2)形式的励磁电感电流观测方程: 9.根据权利要求1所述的一种基于铁损模型的异步电机eq为滑模控制输入向量, Lm为励磁电感, 为励磁电感电流向量im的微 分; 3)根据公式(15),个足够大的负数时, 观测器收敛, 处于滑动模态时, 滑模等效控制量满足如下形式: 在公式(15)中V 轴分量, 为的微分,为定子电流误差向量 轴分量,为的 微分, h为一个有限的量; 因此, 当k取一2982 A 4 在公式(14)中为李雅普诺夫函数V的微分, L s为定子漏感,为定子电流 误差向量1)、 公式(10)代入公式(13), 得到如下形式: 权利要求书 3/4 页 4 CN 10748。

8、V的微分,为定子电流误差向量 轴分 量,为的微分,为定子电流误差向量 轴分量, 为的微分; 将公式(误差向量,为定子电流误差向量的 转置; 对公式(12)其求导可得: 在公式(13)中为李雅普诺夫函数观测器增益; 2)定义李雅普诺夫函数, 形式如下: 在公式(12)中V为李雅普诺夫函数, 为定子电流11)中为定子电流向量is的观测值, 为定子电流误差向量, Veq为 滑模控制输入向量, k为设定的入向量, Rs为定子电阻, L s为定子漏感; 在公式(10)中, Veq设计成如下形式: 在公式( 公式(10)中为定子电流向量is的观测值, 为的微分, us为定子电压向量, Veq为滑模 控制输。

9、骤3中所述的励磁电感电流滑模观测器按如下步骤获得: 1)根据公式(1), 设计如下形式的滑模观测器:表达式(1)。 8.根据权利要求1所述的一种基于铁损模型的异步电机矢量控制方法, 其特征在于, 步 标系 - 下, 得到如下形式: 4)将公式(9)写成向量形式, 并变形得到考虑铁损的异步电机状态空间下形式: 权利要求书 2/4 页 3 CN 107482982 A 3 3)将公式(8)变换至静止坐磁链分量, e为同步频率, p为微分 算子; 2)将公式(7)中的定子磁链代入定子电压方程, 得到如旋转坐标系d-q下的数学模型变为: 在公式(7)中usd、 usq为定子电压分量,sd、 sq为定子。

10、 步 骤2中所述的考虑铁损的异步电机状态空间表达式按如下步骤获得: 1)考虑铁损后, 异步电机在同步T 为预设采样周期。 7.根据权利要求1所述的一种基于铁损模型的异步电机矢量控制方法, 其特征在于,计算公式为: 在公式(6)中, M为光电式旋转编码器旋转一周所产生的脉冲数, P为异步电机极对数, 子电角速度r和光电式旋转编码器发出的脉冲数N以及预设采样周期T之间 的关系计算出转子电角速度r, 其骤如下: 1)在一个预设采样周期T内采样安装在电机轴上的光电式旋转编码器发出的脉冲数N; 2)根据转机矢量控制方法, 其特征在于, 步 骤1中所述的异步电机在静止坐标系 - 下的转子电角速度r的采集步。

11、得异步电机在静止坐标系 - 下的定子电流向量is。 6.根据权利要求1所述的一种基于铁损模型的异步电: 1)采样得到实时异步电机三相定子电流isa、 isb、 isc; 2)利用公式(5)的坐标变换获制方法, 其特征在于, 步 骤1中所述的异步电机在静止坐标系 - 下的定子电流向量is的采集步骤如下逆变器调制信号us 代替定子电压向量us。 5.根据权利要求1所述的一种基于铁损模型的异步电机矢量控所述的异步电机在静止坐标系 - 下的定子电压向量us的采集方式为: 直接采用电机控制器运算单元计算出量us; 4.根据权利要求1所述的一种基于铁损模型的异步电机矢量控制方法, 其特征在于, 步 骤1中。

12、的采集方式为: 采样得到实时异步电机线电压Uab、 Ucb, 经过公式(4)的坐标变换获得定子电压向页 2 CN 107482982 A 2 骤1中所述的异步电机在静止坐标系 - 下的定子电压向量us根据权利要求1所述的一种基于铁损模型的异步电机矢量控制方法, 其特征在于, 步 权利要求书 1/4 制系统坐标变换所用的角度 s由同步频率e积分得到, er+s, 其中r为 电机转速, 转差频率 3.。 2.根据权利要求1所述的一种基于铁损模型的异步电机矢量控制方法, 其特征在于, 步 骤6中, 控, 其输出作为定子电流内环的给定值isd*、 isq*, 从而建立励磁电感 电流-定子电流双闭环控制。

13、两个分量分别与励磁电感电流给定值imd*、 imq*作比较得出的偏差作为励 磁电感电流PI控制器输入 将步骤4中获得的励磁电感电流变换至同步旋转坐标系d-q下获得励磁电感 电流分量imd、 imq, 用于控制三相 逆变器功率器件的开关信号, 进而驱动异步电机, 建立异步电机的定子电流内环; 步骤6,标系得到u、 u, 采 用空间电压矢量脉宽调制策略(SVPWM), 根据给定的电压输入信号u和u产生偏差作为定子电流PI控制 器的输入, 输出定子电压参考信号ud、 uq, 将电压参考信号变换至静止坐得定子电流分量 isd、 isq, 两个分量分别与定子电流给定值isd*、 isq*作比较, 得出的。

14、, kc为大于0小于1的常数; 步骤5, 将步骤1中获得的定子电流is变换至同步旋转坐标系d-q下获通滤 波器在低频段产生观测误差的补偿量, Lm为励磁电感, f(e)为同步频率对截止频率的调整 函数达式变为: 公式(3)中, 为励磁电感电流向量im的观测值, Veq为滑模控制输入向量, im2为低步骤4, 为了解决纯积分漂移问题, 采用截止频率可变的低通滤波器代替纯积分器, 改 进后im的观测表在公式(2)中, 为励磁电感电流向量im的观测值, Veq为滑模控制输入向量, Lm为励磁电 感; 定子漏感; 步骤3, 根据公式(1)建立励磁电感电流滑模观测器, 对励磁电感电流向量im进行观测: 。

15、电压向量, im为励磁电感电流 向量, 为im的微分, Rs为定子电阻, Lm为励磁电感, L s为铁损的异步电机状态空间表达式为: 在公式(1)中, is为定子电流向量, 为is的微分, us为定子us定子电压向量、 定子电流向量is和转子电 角速度r; 步骤2, 建立在静止坐标系 - 下, 考虑的异步电机矢量控制方法, 其特征在于, 包括如下步骤: 步骤1, 采集异步电机在静止坐标系 - 下的N 107482982 A 2017.12.15 CN 107482982 A 1.一种基于铁损模型现磁链和转矩间的解耦控制, 改善系统的稳态以及动态性能。 权利要求书4页 说明书11页 附图6页 C。

16、磁电感电流进行转差型间接磁场定向矢 量控制系统设计。 本发明克服了铁损信息难以获 取的问题, 能够实, 并利用低通滤波器及其补偿结构代替纯积分 环节, 实现了励磁电感电流im的准确观测, 直接 依据励过设计 滑模观测器观测励磁电感电流im, 滑模观测器的 设计较好地回避了铁损等效电阻难以获取的问 题据采集并运算得到的 两相静止坐标系-下电机定子电压向量us、 定子电流向量is和转子电角速度r, 通步电机矢量控制方 法 (57)摘要 本发明公开了一种基于铁损模型的异步电 机矢量控制方法, 本方法根51)Int.Cl. H02P 21/22(2016.01) (54)发明名称 一种基于铁损模型的异张兴 (74)专利代理机构 合肥市浩智运专利代理事务 所(普通合伙) 34124 代理人 丁瑞瑞 (合肥工业大学 地址 230000 安徽省合肥市包河区屯溪路 193号 (72)发明人 杨淑英杨澍谢震(21)申请号 201710874045.5 (22)申请日 2017.09.25 (71)申请人 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日。

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