[发明专利]异步电机定向控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制领域，更具体地说，涉及一种异步电机定向控制系统及方法。

背景技术

异步电机矢量控制技术中，转子磁场定向控制方案因为技术实现简单，转矩响应快等优点，在异步电机驱动技术领域中得到了广泛应用。在转子磁场定向控制技术实现过程中，为了实现转子的准确磁场定向，必须得到转差的准确计算结果，然后利用该结果进行同步角度计算和累加，从而分别解耦异步电机的转矩控制和磁场控制。

如图1所示，是现有的转子磁场定向控制技术的示意图。在该方案中，仅考虑异步电机磁通处于稳态过程，即认为电机的磁通是恒定。磁通幅度λ计算采用以下公式：

λ=Lm×Isd           （1）

其中Lm为电机互感，Isd为电机控制的励磁电流。

将上述公式（1）代入转差Wsl的计算公式Wsl=Lm×Isq/(Tr×λ)得：

Wsl=Isq/(Tr×Isd)    （2）

其中Isq为电机控制的转矩电流，Tr为电机转子时间常数。

根据异步电机原理可知，异步电机的磁场是随着励磁电流的变化而缓慢变化的，变化快慢由电机的转子时间常数决定。如图2所示，采用恒定励磁电流启动过程中，磁通幅度是从零缓慢增加的。而采用现有的近似估计异步电机当前磁通幅度仅适用于电机磁通处于稳定状态。当电机磁场建立或者变化过程采用已有方案得到的磁通幅度与电机实际磁通幅度误差较大。由于转差是由磁通幅度等参数计算得到的，磁通幅度的误差导致了转差计算的较大误差，最终影响了异步电机的磁场定向精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述在异步电机启动时，异步电机定向控制中因磁通幅度误差而影响异步电机的磁场定向精度的问题，提供一种异步电机定向控制系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种异步电机定向控制系统，包括磁通计算单元、转差计算单元、磁通角度计算单元以及驱动单元，其中：所述磁通计算单元，用于根据励磁电流计算所述异步电机的磁通幅度估计值；所述转差计算单元，用于根据所述磁通幅度估算值计算转差；所述磁通角度计算单元，用于根据所述转差及电机转子的转速计算磁通角度；所述驱动单元，用于根据所述磁通角度控制电机转子运行。

在本发明所述的异步电机定向控制系统中，所述磁通计算单元包括低通滤波子单元，所述低通滤波子单元用于根据以下公式计算磁通幅度估计值λ=Lm×Isd/(Tr×s+1)，其中Lm为电机互感，Isd为励磁电流，s为拉普拉斯算子，Tr为电机转子时间常数。

在本发明所述的异步电机定向控制系统中，所述系统还包括电感矫正单元，用于根据所述磁通幅度估计值修正电机转子的时间常数；所述转差计算单元根据所述磁通幅度估算值和修正的电机转子的时间常数计算转差。

在本发明所述的异步电机定向控制系统中，所述磁通计算单元还包括幅度限制子单元，所述幅度限制子单元用于对低通滤波子单元计算获得的磁通幅度估计值进行最大和最小边界限定。

在本发明所述的异步电机定向控制系统中，所述电感矫正单元包括电感矫正子单元以及时间常数矫正子单元，其中：所述电感矫正子单元，用于根据所述磁通幅度估计值矫正电机转子电感，所述电机转子电感随着磁通幅度增加不断减小；所述时间常数矫正子单元，用于使用矫正后的电机转子电感修正电机转子的时间常数，所述电机转子的时间常数Tr=Lr/Rr，其中Lr为矫正后的电机转子电感，Rr为电机转子电阻，所述转差计算单元根据以下公式计算转差：转差Wsl=Isq×Rr/((Lr×Isd)/(Lr×s/Rr+1))，其中Isq为电机控制的转矩电流。

本发明还提供一种异步电机定向控制方法，包括以下步骤：

（a）根据励磁电流计算所述异步电机的磁通幅度估计值；

（b）根据所述磁通幅度估算值计算转差；

（c）根据所述转差计算磁通角度并根据所述磁通角度驱动电机运转。

在本发明所述的异步电机定向控制方法中，所述步骤（a）之后包括：根据所述磁通幅度估计值修正电机转子的时间常数；所述步骤（b）中，根据所述磁通幅度估算值和修正的电机转子的时间常数计算转差。

在本发明所述的异步电机定向控制方法中，所述步骤（a）中通过以下公式计算磁通幅度估计值λ=Lm×Isd/(Tr×s+1)，其中Lm为电机互感，Isd为励磁电流，s为拉普拉斯算子，Tr为电机转子时间常数。

在本发明所述的异步电机定向控制方法中，所述步骤（a）中包括对所述磁通幅度估计值进行最大和最小边界限定。