用定子电压空间矢量来控制笼型感应电动机转速的方法

摘要

本发明公开了一种用定子电压空间矢量来控制笼型感应电动机转速的方法，将偏差信号进行比例积分运算得到转差角频率控制信号，按一定算法计算出定子电压空间矢量的幅值和幅角，并用它控制SVPWM模块计算并产生出6路脉宽调制控制信号，对逆变器中6个开关管进行通断控制，以实现在控制电动机磁场的同时又控制电动机的转矩，最后达到控制电动机转速的目的。通过上述方式，本发明能够提供一种构造既有与它励直流电动机控制系统一样的控制性能，又能克服由于温度变化引起电动机绕组电阻变化造成对性能的影响，易于调整，工作稳定笼型感应电动机转速控制系统的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及感应电动机控制领域，特别是涉及一种用定子电压空间矢量来控制笼型感应电动机转速的方法。

背景技术

笼型感应电动机又称笼型异步电动机或鼠笼式异步电动机，是一种利用电磁感应原理将三相或两相交流电转换为转子转动的机电装置，它以其坚固、可靠、廉价、高效等优点，在工业驱动控制中获得了广泛的应用，笼型感应电动机转速控制系统正逐步取代它励直流电动机转速控制系统而成为高性能电力拖动系统的主流。

控制感应电动机转速是笼型感应电动机应用中的关键技术问题，关系到感应电动机拖动系统的性能和水平。

目前，笼型感应电动机转子转速控制技术有多种，除了一些传统的方法由于耗能大、效率低而逐渐被淘汰之外，主要有变压变频控制、转差频率控制、矢量控制和直接转矩控制方法。

变压变频控制和转差频率控制均是基于笼型感应电动机的稳态模型的变频转速控制方法，其基本出发点是在变频过程中，使电动机气隙磁通保持基本不变，它基于电动机的稳态模型及稳态分析方法，无法考虑动态因素对系统性能的影响，如对定子电压的补偿中则忽略了电流幅值变化而造成补偿不足；也没考虑在外界条件变化（如突加给定转速，突加负载）时定子电压的相位如何控制以保证磁场平稳过渡，在此技术背景下产生的控制方法势必导致相应控制系统的动态性能较差。矢量控制方法主要是通过对一定位于电动机某一磁链矢量旋转坐标系下定子电压矢量或电流矢量两个方向上分量的控制，来对其励磁和转矩进行解耦控制，得到像它励直流电动机那样可以独立控制磁场和转矩的性能，实现感应电动机对控制的快速响应。这虽能大大改善感应电动机控制系统的性能，但要进行多次坐标变换，算法实现较为复杂；另外，矢量控制系统要得到快速、精准的转速响应依赖于准确的电动机电感、电阻的实际值。尽管电感值可事先测量并根据电动机励磁水平大小予以调整；但定、转子电阻由于受温度及集肤效应的影响，运行时的实际值较难准确得到，由此产生的坐标定向偏差会造成励磁、转矩电流的互相耦合，使系统性能变差。若要较好地解决此问题系统将更为复杂。直接转矩方法中的转矩和磁链都采用直接反馈的双位式砰—砰控制，从而避开了将定子电流分解成转矩和励磁分量，省去旋转坐标变换，简化了控制器的结构。但却带来了转矩脉动，因而限制了调速范围。该方法选择定子磁链作为被控制的磁链，而不像矢量控制系统那样选择转子磁链，这样可使控制性能不受转子绕组电阻变化的影响，但在检测定子磁链的过程中，要用到会随温度变化而变化的定子电阻，其控制性能仍会受到温度变化的影响。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种用定子电压空间矢量来控制笼型感应电动机转速的方法，能够提供一种构造既有与它励直流电动机控制系统一样的控制性能，又能克服由于温度变化引起电动机绕组电阻变化造成对性能的影响，易于调整，工作稳定笼型感应电动机转速控制系统的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用定子电压空间矢量来控制笼型感应电动机转速的方法，其方法是：先将给定角速度信号                                                减电动机实际角速度信号得到偏差信号，再将偏差信号进行PID运算得到转差角频率控制信号，然后将转差角频率控制信号、电动机实际角速度信号、给定励磁电流信号、电动机的磁极对数、电动机的定子绕组直流电阻、转子绕组等效直流电阻、定子绕组等效电感、转子绕组等效电感和定、转绕组之间的等效互感通过以下设定公式：

          

          

              

              

              

              

              

进行运算得到定子电压空间矢量的实时幅值和幅角；最后定子电压空间矢量的实时幅值和幅角直接输入SVPWM功能模块计算并产生出6路脉宽调制控制信号，对逆变器中6个开关管进行通断控制。

本发明的有益效果是：本发明用定子电压空间矢量来控制笼型感应电动机转速的方法，能够提供一种构造既有与它励直流电动机控制系统一样的控制性能，又能克服由于温度变化引起电动机绕组电阻变化造成对性能的影响，易于调整，工作稳定笼型感应电动机转速控制系统的方法。

附图说明

图1是本发明用定子电压空间矢量来控制笼型感应电动机转速的方法概略图；

图2是本发明用定子电压空间矢量来控制笼型感应电动机转速的方法实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1和图2，本发明实施例包括：

一种用定子电压空间矢量来控制笼型感应电动机转速的方法，其方法是：先将给定角速度信号减电动机实际角速度信号得到偏差信号，再将偏差信号进行PID运算得到转差角频率控制信号，然后将转差角频率控制信号、电动机实际角速度信号、给定励磁电流信号、电动机的磁极对数、电动机的定子绕组直流电阻、转子绕组等效直流电阻、定子绕组等效电感、转子绕组等效电感和定、转绕组之间的等效互感通过以下设定公式：

           

           

              

              

              

              

              

进行运算得到定子电压空间矢量的实时幅值和幅角；最后定子电压空间矢量的实时幅值和幅角直接输入SVPWM功能模块计算并产生6路脉宽调制控制信号，对逆变器中6个开关管进行通断控制。

一种用定子电压空间矢量控制笼型感应电动机转子转速的方法。它要用一个主电路、一个对主电路进行控制的控制电路、一个笼型感应电动机、与电动机同轴的转速传感器和人机界面组成系统。主电路包括一个整流电路，整流电路由整流二极管组成，整流电路输入端为三相电源，输出端接入滤波电路，电容为滤波元件，之后接入逆变器，逆变器为由6个全控型电力晶体管、6个二极管组成的电子开关组，逆变器输出端连接三相笼型感应电动机，逆变器的控制端与控制电路相连。

其图2所示的控制电路包括有数字信号处理器芯片、信号耦合芯片、驱动芯片及其附属电路。转速传感器输出的信号输入控制电路，控制电路输出的控制信号与逆变器控制端相连，控制电路中数字信号处理器芯片由通信线与人机界面相连。数字信号处理器芯片内装载有实现控制器功能的程序，实现定子空间矢量发生器功能的程序、实现SVPWM控制信号发生器功能的程序、实现电动机转速计算的程序和与人机界面进行数据交换的通信程序。这些程序依次组合于一中断服务程序中。

电动机转速控制通过数字信号处理器中的CPU在一定周期下重复运行中断服务程序来完成。周期由定时脉冲信号驱动的可逆计数器产生的三角波来确定，当定时器中数值回0时启动中断服务程序。在一中断服务程序执行过程中，在控制器程序的作用下，将上一次中断时得到的给定角速度数字信号和电动机实际角速度数字信号相减得到偏差数字信号，并将偏差数字信号进行PID运算得到转差角频率控制数字信号。在实现定子电压空间矢量发生器功能的程序的作用下，实现

 

           

  

运算，得到定子电压空间矢量的实时幅值和幅角存入相应变量。在实现SVPWM控制信号发生器功能的程序作用下，调用实时幅值和幅角数据，计算出3个开关时间、、，将、、转换为对应的3个整数后装入数字信号处理器中事件管理器中的三个比较寄存器。运行时，三个比较寄存器中的数字分别与上述可逆计数器产生的三角波进行比较，当一个比较寄存器中的数字与可逆计数器中的数字相等时，事件管理器控制逻辑使对应的2路脉宽调制控制信号产生相反的跳变，三个比较寄存器共产生6路脉宽调制控制信号，这6路脉宽调制控制信号输出至逆变器控制端，对逆变器中6个全控型开关管进行通断控制。转速传感器输出的电动机实际转速信号经滤波由专用端子进入数字信号处理器芯片，经电动机转速计算的程序转换为角速度数字信号和电角速度数字信号，。给定转速信号由人机界面输入，在通信程序的作用下，经过通信线进入数字信号处理器芯片，并转换为角速度数字信号。本次中断得到的、和将在下一次中断时调用。以上过程重复运行，实现对电动机的连续控制。

本发明用定子电压空间矢量来控制笼型感应电动机转速的方法，能够提供一种构造既有与它励直流电动机控制系统一样的控制性能，又能克服由于温度变化引起电动机绕组电阻变化造成对性能的影响，易于调整，工作稳定笼型感应电动机转速控制系统的方法。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效公式、等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。