[发明专利]一种电动机软起动控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动机软起动控制方法，特别是涉及一种用来协调控制电动机起动电流与转速，分阶段采用不同的决策，构成整个起动过程的控制策略，实现起动过程最优控制效果的动态规划控制方法。

背景技术

电动机直接起动时产生的大电流（5-7倍以上电机额定电流）对电网、电机及拖动设备危害巨大，可造成继电保护误动作、自动控制失灵等故障。使用软起动装置，可以避免电机直接起动所造成的危害性及影响。从节能的角度，使用软起动装置还有事半功倍的节能效果。

目前国内外的电动机软起动一般常采用开环电压斜坡控制方式、闭环电流限幅控制方式、分级变频控制方式、模糊控制、人工神经网络控制等。

电压斜坡起动方式简单，起动效果容易受负载和电源变化的影响，控制效果不够精确，需反复调试才能达到比较满意的起动效果。

闭环电流限幅控制方式增加了闭环电流检测环节，电流采样不仅用来做晶闸管过电流保护，而且还可以参与电流的闭环调节，电流限幅起动方式受负载和电源变化的影响较小，且稳定性得到极大的提高，起动效果比电压斜坡起动方式提高了。电流限幅起动方式特别适合于恒转矩负载，通过设置电流上限，在电网容量有限的场合使电动机以最小的起动电流快速起动。

分级变频控制方式是在电机起动过程中，使电压频率从一个比较小的初始值逐级增大至工频50Hz，从而提高低电压时的转矩。由于频率的离散跳变，定子电流的瞬时值是不连续的，转矩瞬时值也不连续，脉动较大。在实际电机的运行中会出现明显的振动，这是分级变频控制方式最大的缺点。

模糊控制及人工神经网络控制均属于智能控制。模糊控制技术不依赖精确的数学模型，对参数变化不敏感，适应性强，具有很好的鲁棒性，在电机的软起动的控制方面取得了良好的控制效果。人工神经网络考虑电机和调压装置模型参数的变化及电机负载类型的多变性，动态特性优良，具有较好的适应性和鲁棒性。

上述电机软起动控制方法的主要目的是降低电动机的起动电流，控制目标单一，不考虑起动时间及起动转速等因素。然而在起动过程中，由于不考虑起动时间，常会因为起动时间过长，引起电机发热，造成主回路中的热继电器动作，起动失败。因此，对于电机软起动系统，采用非线性控制的方法实现时间最优控制是一种很有价值的控制策略。

针对以上存在的问题，一种电动机动态规划软起动控制方法是一个很好的解决办法，该方法在电机起动过程中的不同阶段采用不同的决策，在起动过程最长的恒流升速阶段采用时间最优控制。不同阶段的决策，构成整个起动过程的控制策略，实现起动电流与转速的协调控制，既可以将起动电流限幅，又可以将起动时间降至最小，提高起动的成功率。

本申请者查阅了2007年到2012年这5年公开的关于电机软起动的专利，共计458项目，这些专利均是关于软起动装置、软起动控制电路、软起动与无功补偿装置等方面的内容，未见涉及软起动控制方法的专利。

电机软起动装置在限制起动电流、减小电网电压波动、进行无功功率补偿、节约能源、改善供电质量等方面具有良好的应用效果。由于电动机是非线性、强耦合、时变系统，采用非线性控制方法对其进行控制，优化其控制效果具有重大的工程实践意义。

有鉴于此，有必要提供一种电动机软起动控制方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种利用动态规划控制方法来控制电动机软起动，使电机起动电流限制在2倍额定电流的基础上，实现电动机转速快速上升至额定转速，起动时间最短，减小电机发热，提高软起动的成功率，并提高工业企业的生产效率。

本发明所采用的技术方案是：一种电动机软起动控制方法，其特征在于，采用动态规划控制方法，将电动机起动电流限制在2倍额定电流的基础上，实现电动机转速快速上升至额定转速，起动时间最短，具体方法是：

（1）根据电动机理想起动特性，将起动过程划分为三个阶段，分别确立这三个阶段对起动电流、转速的控制目标；

（2）实时检测电动机起动过程中的电流和转速，根据起动电流与转速之间的关系，决定三个阶段分别要采取的决策；

（3）对起动过程中最重要的恒流升速阶段，采用满足电动机起动状态约束及起动电流限制在2倍额定电流约束条件下的时间最短控制决策；

（4）三个阶段的决策构成整个起动过程的控制策略，实现一种电动机起动过程最优化。