[发明专利]一种感应电动机的矢量控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种感应电动机的控制装置，具体涉及一种感应电动机的无速度传感器矢量控制装置。

背景技术

目前，比较常用的交流调速控制方法有V/F控制、矢量控制和直接转矩控制（DTC）等几种方式。矢量控制被认为是感应电机高性能控制场合应用最广泛的控制方法，其中基于转子磁场定向的矢量控制可以实现感应电机的解耦控制，采用这种方法可以使感应电机的动态性能与直流电机相媲美。在矢量控制系统中，为了实现磁通定向对电机进行解耦，通常需要速度传感器。然而，速度传感器的安装增加了整个系统的成本和复杂性，在高温、潮湿等恶劣条件下，速度传感器的安装又降低了系统的可靠性。

因此，研究无速度传感器矢量控制技术具有实际意义，它可以避免传感器带来的环境适应性、安装维护等麻烦，提高系统的可靠性，并且降低产品成本。无速度传感器矢量控制的核心技术是如何来准确地获取电机的磁链和转速信息，尤其是如何提高低速场合磁链和转速的观测性能。20世纪70～80年代以来，很多学者和工程技术人员在这方面倾注了大量心血，取得了不少成就，提出了很多无速度传感器矢量控制算法，包括有：定子电流转矩分量误差补偿法、感应电动势计算法、模型参考自适应法（MRAS）、转子磁链角速度计算法、自适应状态观测器、扩展的卡尔曼滤波算法以及信号注入法等等。其中自适应状态观测器算法采用自适应算法对电机转速进行观测，对测量噪声具有一定的鲁棒性，因而受到广泛青睐。但是，传统的转速自适应率并不能保证算法的稳定性，在低速发电状态下系统存在不稳定问题，且低速时转速观测误差较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种感应电动机的矢量控制装置，以解决传统感应电动机的矢量控制方法因转速自适应率不能保证算法的稳定性，在低速发电状态下系统存在不稳定且低速时转速观测误差较大的问题。

它包括电流传感器105、变换器103、第一坐标变换单元102、第二坐标变换单元110、三相到二相坐标变换单元107、电压重构单元109、第一电流控制单元101、第二电流控制单元106、速度控制单元100、磁链控制单元122、全阶观测器单元108和转速自适应观测单元111，

感应电机104的定子电流A通过电流传感器105采样后，送到三相到二相坐标变换单元107进行α-β静止坐标轴系的坐标变换，第二坐标变换单元110根据全阶观测器单元108观测出的转子磁链观测值C的角度对变换到α-β轴系下的电流进行旋转坐标变换，使电机定子电流分解成转矩电流D和励磁电流E，第二电流控制单元106和第一电流控制单元101分别对励磁电流E和转矩电流D进行控制使之分别与其指令值相匹配，其中，转矩电流指令J为速度控制单元100根据转速指令H与转速自适应观测单元111观测出的电机转速观测值B的差值进行调节的输出值；励磁电流指令I为磁链控制单元122根据磁链指令G与全阶观测器单元108观测出的电机转子磁链观测值C的幅值的差值进行调节的输出值，第一坐标变换单元102把第一电流控制单元101和第二电流控制单元106的输出值转换到α-β静止坐标轴系，生成定子电压指令Y并将其输出给变换器103，变换器103根据定子电压指令Y对直流母线电压V_dc执行直流－交流变换并输出给感应电机104，电压重构单元109根据定子电压指令Y和检测到的直流母线电压V_dc重构出三相相电压F，全阶观测器单元108根据重构的三相相电压F以及三相到二相坐标变换单元107变换出的α-β静止坐标轴系下的电流N以及转速自适应观测单元111输出的电机转速观测值B对电机状态进行观测，观测出电机定子电流观测值L、定子磁链观测值Z和转子磁链观测值C，转速自适应观测单元111根据全阶观测器单元108输出的定子电流观测值L、定子磁链观测值Z和转子磁链观测值C以及三相到二相变换坐标单元107输出的电流N观测出电机转子速度观测值B；

所述转速自适应观测单元111包括外积单元300、第一加减运算单元320和PI调整单元308，第一加减运算单元320求取电流N与定子电流观测值L之差并输入到外积单元300，外积单元300对第一加减运算单元320输出的定子电流误差和转子磁链观测值C进行外积运算；