[发明专利]控制旋转电机的方法,所用伺服控制系统及旋转电机

说明书

本发明涉及一种控制旋转电机的方法，一种实现所述方法的伺服控制系统以及一种具有此类系统的旋转电机。

更确切地说，本发明涉及一种控制异步旋转电机的电磁扭矩以及定子磁通量的方法，所述异步旋转电机具有一个从低速到高速的高动态范围。

US-A-4678248涉及一种控制方法，其中控制参数是电磁扭矩和定子磁通量。

该方法利用的是电机以及逆变器的矢量模型。

已知电机的电磁扭矩是转子磁通量旋转矢量和定子磁通量旋转矢量之间角度以及这些磁通量矢量模数的函数。换句话说，电磁扭矩Γ_em是磁通量旋转矢量矢量积的函数

                         Γ_em＝K(φ_R×φ_s)

定子电压矢量V_S由一个三相逆变器提供，此三相逆变器的每相包括一个二-状态SP2LL(单极性二逻辑电平)开关。因此，定子电压矢量V_S可呈八种状态V₁…V₈(2³)，根据逆变器三个SP2LL开关的组合，其中的两种状态V₁、V₈，在定子的固定参考坐标系(α，β)中，呈零幅(零位状态)。

DTC(直接扭矩控制)系统依靠通过使定子磁通量旋转矢量φ_s相对于转子磁通量φ_R进行加速、以增大扭矩Γ_em(增大二磁通量矢量之间的夹角)和阻止定子磁通量矢量φ_s、从而使转子磁通量矢量φ_R赶上定子磁通量矢量、以减少扭矩Γ_em(减少二磁通量矢量之间的夹角)，从而在定子参考坐标系(α，β)的滞后频带H内、保持定子磁通量旋转矢量φ_s的模数|φ_s|，并控制扭矩Γ_em。

定子磁通量矢量φ_s可利用一个有限表格来进行控制。对于在定子坐标系(α，β)平面内旋转的定子磁通量矢量φ_s的一个给定位置N_i(i＝1…6)，此表格包括定子相电压矢量V_S的状态V₁…V₈，即阻止定子磁通量矢量的状态(零位状态V₁，V₈)以及使磁通量矢量φ_s、φ_R之间的角度张开、同时在滞后频带H内维持定子磁通量矢量φ_s的状态。

在转子旋转速度较低的情况下，上述方案的动态响应很微弱。特别是，负阶跃响应时间大约是同样幅度正阶跃响应时间的4倍。

另外，所提供的技术只是利用定子磁通量的控制(在滞后频带内维持定子磁通量模数)来实现扭矩的控制。但并未给出这样的装置，即在其中所需的定子磁通量的控制与扭矩Γ_em的控制能够同时进行。

US-A-5610485涉及一种异步旋转电机控制方法，该方法将DTC方法用于一个速度范围并将滞后加到扭矩上。此外该方法还提供了两种附加操作方式，一种用于低速，另一种用于高速。

低速时的操作方式以迫使逆变器转换频率为基础。

高速时的操作方式是全波方式。

上述方法的主要缺点之一在于，当控制系统记录下滞后变量之一的超调量时，则在采样时间时启动相位矢量从一个状态转换到另一个状态。因此，对于系统来说，要有一个好的动态(防止过量的超调)，利用短采样时间(T_ech＝50μs；f_ech＝20KHz)、此采样时间可导致大大高于实时装置中通常所用采样频率的高采样频率，是很有必要的。

此外，利用控制定子磁通量(在滞后频带中维持定子磁通量模数)来控制扭矩的问题，还没有得到解决。也没有提供定子磁通量控制与扭矩Γ_em控制共同进行的装置。

最后，转变为全波方式也难以实现。

本发明的一个目的是，提供一种控制异步旋转电机电磁扭矩和定子磁通量的方法，其中逆变器转换时间通过计算来预定出，并与采样或计算时间异步进行。在此方式下，采样频率无需再与已有技术当中的一样高，可以降低为已有技术实时装置中所用的标准频率(2KHz和5KHz之间)。