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专利号: 2017102887422
申请人: 天津工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2023-09-13
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑加速度的多永磁同步电机偏差耦合控制方法,其特征是,将i台电机作为整个系统考虑,比较得出i台电机的最小转速,让其他电机跟踪最低的转速;比较得出所有电机的最大加速度,让i台电机都以最大加速度进行加速;在多电机控制结构上使用考虑加速度的偏差耦合控制的基础上,单台电机使用积分滑模控制算法,最终实现电机偏差耦合控制。

2.如权利要求1所述的考虑加速度的多永磁同步电机偏差耦合控制方法,其特征是,在一个3台电机的实例中,在多电机控制结构上使用考虑加速度的偏差耦合控制的基础上,单台电机使用积分滑模控制算法,具体是:考虑加速度的偏差耦合控制的转速补偿结构中,kv为速度系数,ωmin为三台电机速度的最小值,ka为加速度系数,amax为三台电机加速度的最大值,a1为第一台电机的加速度,a2为第二台电机的加速度,a3为第三台电机的加速度,Switch判断结构1将三台电机速度进行比较得出最小速度,并将各电机速度与最小速度之差作为补偿使得各电机能跟上最小的电机速度;同时Switch判断结构2,将三台电机的加速度进行比较,之后得出最大加速度,并将最大加速度与三台电机各自的加速度作差,通过比例放大作为各自的补偿,使得三台电机都能以更快得速度跟上给定;

此时第1台电机的补偿为

e10=e1+d1   (2)

d1=kv(ω1-ωmin)+ka(amax-a1)   (3)

式中,e10为考虑加速度的结构下电机1总的转速补偿,d1为电机1的附加转速补偿;e1是电机1的速度补偿;

在得到外环参考转速后,设计单台电机电流控制算法,具体地,ω*为转速给定信号;ω1为第1台电机的转速, 分别为电流环定子电流的直轴分量与交轴分量参考值;id1、iq1分别是电机定子电流的直轴分量与交轴分量反馈值; 经过电流环调节器得到的d、q轴上的电压分量参考值; 经过坐标变换后生成电压值 Udc是整流桥输出的直流电压;ia1、ib1第1台电机a、b相输入电流;e10为考虑加速度的偏差耦合结构下第1台电机的总的转速补偿;θ1为第1台电机的角位置,采用PI比例积分控制器;SVPWM为电压空间矢量脉宽调制技术;

系统首先采集电机的角位置θ1,由ia1、ib1可计算得到电机c相输入电流ic1,将电机1的三相电流通过Clark变换,转换成静止α-β坐标系下的两相电流然后,系统采集直流侧电压Udc。将电机1静止α-β坐标系下的两相电流通过Park变换转换为两相旋转d-q坐标系的电流在得到id1,iq1的基础上,设计积分滑模控制器的状态方程:其中,第1台电机作如下假设:1)假设相绕组中感应电动势波形为正弦,转子永磁磁场在气隙空间分布为标准的正弦波;2)忽略定子铁心饱和,不计涡流和磁滞损耗;3)永磁材料的电导率为零;4)转子上无阻尼绕组。采用最大转矩控制的永磁同步电机PMSM(permanent magnet synchronous motor)转子磁场定向控制,电压方程如下:式中,ud1、uq1分别为定子端电压的直轴与交轴分量;id1,iq1分别为定子电流的直轴分量与交轴分量;Ld1,Lq1分别为电机直、交轴电感;Rs1为电机定子绕组电阻;ω1为电机转子转速;ψf1为转子磁链;

PMSM的运动方程为

式中,Te1为第1台电机电磁转矩;TL1为第1台电机负载转矩;np1为第1台电机极对数;ωr1为第1台电机的机械转速(ωr1=ω1/np1);J1为第1台电机转动惯量;

PMSM的转矩方程为

PMSM的状态方程是设计积分滑模控制器的基础,将转速给定与电机转速ω1之差及其积分作为系统的状态变量有滑模面为

s=x11+cx12   (10)

滑模控制器设计所用滑模趋近率,如下:

式中,-ks是指数趋近项,k为正常数;-εsat(s)是等速趋近项,ε为正常数,sat(s)是饱和函数,饱和函数为:式中,Δ为“边界层”,饱和函数sat(s)的本质:在边界层外,采用切换控制;在边界层内,采用线性化反馈控制;

由式(6)~式(12),得出

式中, 是第1台电机d-q坐标下的q轴电流参考值,J1是第1台电机转动惯量,np1是第1台电机极对数,B1是第1台电机摩擦系数,TL1为第1台电机负载转矩,ψf1为第1台电机的磁链,电机在该控制器作用下,跟踪参考电流,实现电机偏差耦合控制。