[发明专利]一种交流电机自适应控制方法及控制系统

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种交流电机自适应控制方法及控制系统，属于交流电机自适应控制技术领域。

背景技术

我国是煤炭生产消费大国，煤炭产业的发展，推动了交流电动机在矿井通风系统中广泛应用。但矿井环境恶劣，以单片机为控制核心的传统保护控制系统已经满足不了井下安全生产的需求，尤其是电机温度保护功能薄弱引发的瓦斯爆炸事故处于上升趋势。据相关部门统计，2010～2016年，在煤矿发生的事故中，瓦斯爆炸占总事故30％以上，其中由温度引发的爆炸占总瓦斯事故的80％以上。可见提高煤矿井下通风系统的动力驱动装置-交流电机的温度保护功能是预防瓦斯爆炸的重要手段。

发明内容

因此，本发明针对煤矿井下环境恶劣多变，通风电动机温度保护功能明显下降导致井口温度提升，瓦斯等爆炸事故不断发生问题，设计了一种基于ARM的交流电机温度自适应控制方法及控制系统系统。

具体的，交流电机自适应控制方法，其特征在于，所述方法具体为：进行交流电机运行环境温度采集及交流电机电流采样，将结果传送给主控芯片ARM，主控芯片ARM根据温度模型及电流模型，对温度及电流进行FFT运算，通过驱动器控制智能逆变器IPM实现交流电机的自适应控制；

所述温度模型具体为：

把电机运行整个过程离散为一个个小区间T，在每个小区间上的温度值由温度传感器在线检测，并做近似线性化处理，再经隔离、滤波、放大及频率补偿处理后，送入ARM的I/O，进行A/D转换并数字滤波处理，然后做快速FFT运算，获得的温度-时间关系式，如公式一所示：

式中：θ_i-第i时间段温度；θ_i-1-第i-1时间段温度，θ_i去噪声处理，依据数据融合法则，去噪声算法如下：

设满足条件的温度方程θ，如公式二所示：

θ＝Hθ_i+R 公式二

式中：H——温度方程系数矩阵；R——误差向量，

根据一致性法则，公式二计算的温度值去极值处理，然后分两组，分别表示为θ_1k、θ_2k，则每组算术平均值及噪声标准误差依次表示为公式三：

根据分批估算原则获得温度融合标准误差，如公式四所示：

令H＝[1 1]^T，σ＝[T₁ T₂]^T，可推导出温度动态响应的函数式，如公式五所示：

由公式五算出的温度值应满足T＜T_m，T_m为电机正常运行极限温度；

电流模型具体为：

设采样电流频率为f_s，信号源频率为f，取f_S＞2f，采样点数为N，N取2的整数次方，送入到ARM中，先做A/D转换，而后进行数字滤波处理、FFT算法，获得一个N点复数，每一个复数点对应一个频率，接着进行取模运算获得该频率下幅频响应函数，再由FFT公式推导出各相电流基次波实部和虚部的数学模型；

相电流基次波实部公式如公式六所示：

相电流基次波虚部公式如公式七所示：

式中：I_ka-第k时间段的电流；I_ka-1-第k-1时间段的电流，采取前面温度去噪声算法获得相实部去噪声处理的标准误差公式，如公式八所示：

式中I_1i，I_2i-I_ka分组电流；I₁，I₂-每组对应的算术平均值，将公式六和公式八式联立求得电流动态跟踪的数学模型，如公式九所示：

根据公式九计算的电流值应满足I_ka＜I_m，I_m为电机正常运行时额定电流。

本发明还提供了一种实现上述控制方法的交流电机自适应控制系统。

具体的，交流电机自适应控制系统，包括温度采集电路、电流采样保值电路，所述控制系统还包括主控芯片ARM、驱动器、智能逆变器IPM，所述主控芯片ARM分别连接温度采集电路、电流采样保值电路、驱动器，所述驱动器连接智能逆变器IPM，智能逆变器IPM设置在电网的整流滤波电路与交流电机之间。