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专利号: 2023109714326
申请人: 淮阴工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-11-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于调磁脉冲计数的磁通可调电机直接转矩控制系统,其特征在于,包括控制器,在所述控制器的外部安置有相互连接的磁通可调电机(1)、速度检测模块(2)、电压检测模块(3)、电流检测模块(4)、逆变器模块(5)、直流电源Udc(6)、双桥臂桥式逆变电路模块(16)及正负脉冲检测模块(17);

在控制器中安置有相互连接的驱动信号产生模块(7)、速度计算模块(8)、αβ/abc变换模块(9)、定子磁链计算模块(10)、转矩计算模块(11)、转速调节模块(12)、转矩滞环模块(13)、磁链滞环模块(14)及开关表模块(15);

其中,所述磁通可调电机(1)的输入端分别与逆变器模块(5)、正负脉冲检测模块(17)相连接,其输出端与速度检测模块(2)相连接;

所述逆变器模块(5)的输入端与直流电源Udc(6)相连接,其输出端分别与电压检测模块(3)、电流检测模块(4)相连接;

所述双桥臂桥式逆变电路模块(16)的输入端与驱动信号产生模块(7)相连接,其输出端与正负脉冲检测模块(17)相连接;

所述驱动信号产生模块(7)的输入端与速度计算模块(8)、双桥臂桥式逆变电路模块(16)中安置的ACS模块相连接,其输出端与双桥臂桥式逆变电路模块(16)相连接;

所述速度计算模块(8)的输入端与速度检测模块(2)相连接,其输出端分别与转速调节模块(12)及驱动信号产生模块(7)相连接;

所述αβ/abc变换模块(9)的输入端分别与电压检测模块(3)、电流检测模块(4)相连接,其输出端与定子磁链计算模块(10)相连接;

所述转矩计算模块(11)的输入端与定子磁链计算模块(10)相连接,其输出端与转矩滞环模块(13)相连接;

所述磁链滞环模块(14)的输出端与开关表模块(15)相连接;

所述开关表模块(15)的输入端分别与转矩滞环模块(13)、磁链滞环模块(14)相连接,其输出端与逆变器模块(5)相连接;

所述定子磁链计算模块(10)包括定子磁链补偿值计算模块(18)、计数脉冲磁链计算模块(19)、磁链测量值模块(20)、脉冲数输入模块(21)及定子磁链计算值模块(22);

所述定子磁链补偿值计算模块(18)的输入端分别与定子磁链计算值模块(22)、计数脉冲磁链计算模块(19)相连接,其输出端分别连接在转矩计算模块(11)及磁链滞环模块(14)上;

所述磁链测量值模块(20)的输入端与脉冲数输入模块(21)相连接,其输出端与计数脉冲磁链计算模块(19)相连接;

所述双桥臂桥式逆变电路模块(16)包含有用于提供电源的直流电源Udc1及两个桥臂,每个所述的桥臂由两个IGBT开关器件及分别反向并联的二极管组成,四个IGBT器件开通关断通过驱动信号产生模块(7)输出的PWM1‑4信号分别控制,并通过输出端子a1、b1接到磁通可调电机(1)的调磁绕组上;

所述电压检测模块(3)、电流检测模块(4)获得的定子电压ua、ub、uc,定子电流ia、ib、ic,经过αβ/abc变换模块(9)得到两相静止坐标系下的电压分量uα、uβ及电流分量iα、iβ;

所述速度计算模块(8)反馈到转速输入端与转速给定值n*比较后输入到转速环调节器模块(12),经调节后得到转矩给定值Te*;

所述转矩计算模块(11)反馈到转矩输入端与转矩给定值Te*比较后输入到转矩滞环模块(13),经调节后得到滞环控制信号φ;

*

所述定子磁链计算模块(10)反馈到磁链输入端与磁链给定值ψs 比较后输入到磁链滞环模块(14),经调节后得到滞环控制信号τ;

所述开关表模块(15)通过转矩滞环模块(13)与磁链滞环模块(14)调节产生的滞环控制信号φ、τ,经过开关表模块(15)选择产生PWM信号g;

所述的定子磁链计算模块(10)根据定子磁链计算值模块(22)中磁链计算值ψsc、计数脉冲磁链计算模块(19)中磁链补偿值Δψsco,经过定子磁链补偿值计算模块(18)计算得出定子磁链补偿计算ψs;

所述定子磁链计算模块(10)产生的定子磁链补偿计算ψs、两项静止坐标系下的电流分量iα、iβ,经过转矩计算模块(11)计算得出转矩计算值Te;

其控制方法的运行步骤如下:

(1):通过电压检测模块3采集三项电压ua、ub、uc,通过电流检测模块(4)采集三相电流ia、ib、ic,并将信号输入到控制器中,根据磁通可调电机(1)在两相静止坐标系公式,即αβ/abc变换模块9,其中电流变换公式为:电压变换公式为:

式中,ia、ib、ic与ua、ub、uc是磁通可调电机(1)的三项电流、电压;iα、iβ是静止坐标系下电流分量,uα、uβ是静止坐标系下电压分量;

(2):直接转矩控制,其核心是将磁链和转矩作为控制变量,由电机的转矩增量与磁链的关系可知,为控制电机得到其磁链方程,其磁链方程的矢量形式为:ψs=∫(us‑Rsis)dt

式中,us与is分别为静止坐标系下的定子电压和定子电流,根据此式变形,可得两项静止坐标系下的磁链方程的矢量形式:式中,iα、iβ与uα、uβ分别为静止坐标系下的电压电流通过αβ/abc变换模块(9)变换得到,具体的定子磁链计算值ψsc,其计算公式如下:(3):根据驱动信号产生模块(7)所得到的转速信号输出PWM1‑4信号,并由双桥臂桥式逆变电路模块(16)接收;驱动信号分别驱动桥式电路中四个IGBT器件;

当驱动信号控制器件VT1与VT4导通,电压Udc输出电流从节点a1输出到调磁绕组,并经由节点b1回到电源Udc负端,此时,输出脉冲为正向脉冲,记为正脉冲数n1;

当驱动信号控制器件VT3与VT2导通,电压Udc输出电流从节点b1输出到调磁绕组,并经由节点a1回到电源Udc负端,此时,输出脉冲为负向脉冲,记为负脉冲数‑n2;

(4):所述定子磁链补偿值计算模块(18)是根据计数脉冲磁链计算模块(19)、定子磁链计算值计算模块(22)计算得来,定子磁链补偿值公式为:ψs=ψsc+Δψsco

定子磁链计算值ψsc在步骤二中已叙述;计数脉冲磁链值是根据接收双桥臂桥式逆变电路模块(16)输出的脉冲数,即脉冲数输入模块(21),该模块输出正脉冲数n1、负脉冲数‑n2,结合磁链测量值模块20中Δψs1与Δψs2计算得出,计数脉冲磁链计算值公式如下:Δψsco=n1Δψs1‑n2Δψs2

其中,磁链测量值Δψs1与Δψs2是离线测量得到的两组数据,结合计数脉冲,对定子磁链进行实时补偿;

(5):根据所得补偿之后的定子磁链ψs,转矩计算模块11,可计算磁链补偿后的转矩值Te,计算公式如下:式中,p为电机极对数,iα、iβ与ψsα、ψsβ分别为步骤一、二中所求得的静止坐标系下的电流分量以及矢量形式的磁链分量。