一种高可靠的电力驱动电机控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机控制技术的领域，尤其是涉及一种高可靠的电力驱动电机控制方法。
【背景技术】
[0002]随着电力电子技术、电力传动技术的日益发展，电力驱动电机系统现已得到了广泛的应用。但近几年，随着新能源以及科技的不断发展，很多电机驱动场合对其动态性能以及可靠性上提出了较高的要求。
[0003]目前电力驱动电机控制方法仍存在一些不足或待改进之处:其采用的速度PI控制器存在自适应能力差、抗扰动能力弱、跟踪效果一般的不足；其采用的电流PI控制器，存在固有的滞后特性，从而会影响系统的动态性能和限制系统带宽的增加，响应速度受限；其系统控制的可靠性差，当遇到电机出现绕组断路故障后无法进行正常工作，严重影响了电机的输出性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服现有技术中存在的上述缺陷，提供一种高可靠的电力驱动电机控制方法，使其具有较强的自适应能力和抗扰动能力，以及跟踪效果，同时能使系统具有很好地动态性能，减少滞后影响，且能使系统具有较高的可靠性，即使在故障情况下仍能正常运行，从而使之适用于对动态性能以及可靠性要求较高的电机驱动场合。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供了一种高可靠的电力驱动电机控制方法，该方法包括如下步骤:
[0006](I)通过霍尔传感器采集电机的电流ia、ib，然后将其通过abc/dq变换器得到d_q坐标系下实际电流值id和i
[0007](2)通过位置检测器采集电机的位置信号Θ，并对位置信号进行微分得到反馈的速度信号转子机械角速度
[0008](3)将给定的转速ω/与反馈的速度ω ,送入模糊PR调节器进行处理，得到具有自适应能力强和抗扰动能力强的给定电流i/，该模糊PR调节器能使电机转速具有很好的跟踪效果；
[0009](4)将给定的d_q轴电流以及i /送入预测控制器，其中i /= 0，同时将上一次输出的d-q轴电压UdYk-1hUt^k-1)以及上一次反馈回来的电流id(k_l)和iq(k_l) —同送入预测控制器，得到预测出的d_q轴电压U: (k)和U: (k)，其预测表达式为:
[0010]U；(k) = A1Id (k-1) +A2 i； (k) +A3iq (k-1) +A4Ud* (k-1)
[0011]U；(k) = B1Iq (k-1) +B2i ； (k) +B3id (k-1) +B4Uq* (k-1)
[0012]其中，k为第k个控制周期，k-1表示第k-1个周期，即上一个周期，U； (k)和U: (k)分别为预测出的第k个控制周期的d_q轴电压，i；(k)和1:(k)分别为第k个控制周期内给定的d-q轴电流，A1, A2, A3,、为U ；(k)的调节参数，B1, B2, B3,已4为U ；(k)的调节参数，根据电机自身不同的特性决定；
[0013](5)将得到的预测出的d-q轴电压U/(k)和U: (k)，经Park反变换后得到静止两相正交坐标系下给定的电机电压u/、u/，当系统正常时，通过电压空间矢量脉宽调制(SVM)得到a、b、c三个桥臂的功率管开通、关断的脉宽调制信号Sa、Sb、S。，然后通过驱动四桥臂逆变器中的a、b、c三个桥臂使其输出相应的三相电流ia、ib、i。来控制电机跟随给定信号正常运行；
[0014](6)当系统出现一相绕组断路故障时，例如a相绕组出现断路故障后，这时将用与电机三相绕组中心点相连的第四桥臂η来代替出现故障的a桥臂，切除掉a桥臂，同时将故障相a的电压矢量由第四桥臂η代替，即通过电压空间矢量脉宽调制(SVM)得到断路故障态下的功率管开通、关断的脉宽调制信号Sn、Sb、S。，然后通过驱动四桥臂逆变器中的n、b、c三个桥臂使其输出相应的三相电流in、ib、i。来控制电机跟随给定信号运行，使电机在故障下仍能正常地运行。
[0015]与现有技术相比，本发明的主要优势在于:
[0016]本发明提供了一种高可靠的电力驱动电机控制方法，该控制方法在速度调节中采用了模糊PR调节器来代替传统的速度PI控制器，增加了系统的自适应能力和抗扰动能力，具有很好的跟踪效果；在电流调节中采用了预测控制器来代替传统的电流PI控制器，解决了传统电流PI控制器的滞后特性，提高了系统的带宽和动态性能；最后采用了 SVM结合四桥臂变换器的控制方法来提高系统的可靠性，使系统能在故障情况下仍能正常运行。本发明具有快速的动态响应能力、自适应能力强、抗扰动强、跟踪效果好、可靠性高等特点，适用于对动态性能以及可靠性要求较高的电机驱动场合。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的控制原理框图。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。
[0019]如图1所示，是本发明所述的一种高可靠的电力驱动电机控制方法的【具体实施方式】，其具体实施步骤为:
[0020](I)通过霍尔传感器采集电机的电流ia、ib，然后将其通过abc/dq变换器得到d_q坐标系下实际电流值id和i
[0021](2)通过位置检测器采集电机的位置信号Θ，并对位置信号进行微分得到反馈的速度信号转子机械角速度
[0022](3)将给定的转速ω/与反馈的速度ω ^送入模糊PR调节器进行处理，得到具有自适应能力强和抗扰动能力强的给定电流i/，该模糊PR调节器能使电机转速具有很好的跟踪效果；
[0023](4)将给定的d-q轴电流以及i /送入预测控制器，其中i /= 0，同时将上一次输出的d-q轴电压UdYk-1hUt^k-1)以及上一次反馈回来的电流id(k_l)和iq(k_l) —同送入预测控制器，得到预测出的d-q轴电压U: (k)和U: (k)，其预测表达示为:
[0024]U；(k) = A1Id (k-1) +A2 i； (k) +A3Iq (k-1) +A4Ud* (k-1)
[0025]U；(k) = B1Iq (k-1) +B2i ； (k) +B3Id (k-1) +B4Uq* (k-1)
[0026]其中，k为第k个控制周期，k-1表示第k-1个周期，即上一个周期，U； (k)和U: (k)分别为预测出的第k个控制周期的d-q轴电压，i；(k)和1:(k)分别为第k个控制周期内给定的d-q轴电流，A1, A2, A3,、为U ；(k)的调节参数，B1, B2, B3,已4为U ；(k)的调节参数，根据电机自身不同的特性决定；
[0027](5)将得到的预测出的d-q轴电压U/(k)和U: (k)，经Park反变换后得到静止两相正交坐标系下给定的电机电压u/、u/，当系统正常时，通过电压空间矢量脉宽调制(SVM)得到a、b、c三个桥臂的功率管开通、关断的脉宽调制信号Sa、Sb、S。，然后通过驱动四桥臂逆变器中的a、b、c三个桥臂使其输出相应的三相电流ia、ib、i。来控制电机跟随给定信号正常运行；
[0028](6)当系统出现一相绕组断路故障时，例如a相绕组出现断路故障后，这时将用与电机三相绕组中心点相连的第四桥臂η来代替出现故障的a桥臂，切除掉a桥臂，同时将故障相a的电压矢量由第四桥臂η代替，即通过电压空间矢量脉宽调制(SVM)得到断路故障态下的功率管开通、关断的脉宽调制信号Sn、Sb、S。，然后通过驱动四桥臂逆变器中的n、b、c三个桥臂使其输出相应的三相电流in、ib、i。来控制电机跟随给定信号运行，使电机在故障下仍能正常地运行。
[0029]该控制方法在速度调节中采用了模糊PR调节器来代替传统的速度PI控制器，增加了系统的自适应能力和抗扰动能力，具有很好的跟踪效果；在电流调节中采用了预测控制器来代替传统的电流PI控制器，解决了传统电流PI控制器的滞后特性，提高了系统的带宽和动态性能；最后采用了 SVM结合四桥臂变换器的控制方法来提高系统的可靠性，使系统能在故障情况下仍能正常运行。本发明具有快速的动态响应能力、自适应能力强、抗扰动强、跟踪效果好、可靠性高等特点，适用于对动态性能以及可靠性要求较高的电机驱动场入口 ο
[0030]以上实施方式仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
【主权项】
1.一种高可靠的电力驱动电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)通过霍尔传感器采集电机的电流ia、ib，然后将其通过abc/dq变换器得到d-q坐标系下实际电流值id和i (2)通过位置检测器采集电机的位置信号Θ，并对位置信号进行微分得到反馈的速度信号转子机械角速度 (3)将给定的转速ω/与反馈的速度ω入模糊PR调节器进行处理，得到具有自适应能力强和抗扰动能力强的给定电流i/，该模糊PR调节器能使电机转速具有很好的跟踪效果； (4)将给定的d-q轴电流以及i/送入预测控制器，其中i /= O，同时将上一次输出的d-q轴电压UdYk-D^k-1)以及上一次反馈回来的电流id(k_l)和iq(k_l) —同送入预测控制器，得到预测出的d-q轴电压U: (k)和U: (k)，其预测表达式为: Ud*(k) = A1Id(^l)+A2id* (k)+A3Iq (k-1) +A4Ud* (k_ I) Uq* (k) = B1Iq (k-1) +B2 i q* (k) +B3 i d (k-1) +B4Uq* (k-1) 其中，k为第k个控制周期，k-1表示第k-1个周期，即上一个周期，U/(k)和U/(k)分另IJ为预测出的第k个控制周期的d-q轴电压，i；(k)和1:(k)分别为第k个控制周期内给定的d-q轴电流，A1, A2, A3,、为U ；(k)的调节参数，B1, B2, B3,已4为U q*(k)的调节参数，根据电机自身不同的特性决定； (5)将得到的预测出的d-q轴电压U/(k)和U:(k)，经Park反变换后得到静止两相正交坐标系下给定的电机电压u/、u/，当系统正常时，通过电压空间矢量脉宽调制(SVM)得到a、b、c三个桥臂的功率管开通、关断的脉宽调制信号Sa、Sb、S。，然后通过驱动四桥臂逆变器中的a、b、c三个桥臂使其输出相应的三相电流ia、ib、i。来控制电机跟随给定信号正常运行； (6)当系统出现一相绕组断路故障时，例如a相绕组出现断路故障后，这时将用与电机三相绕组中心点相连的第四桥臂η来代替出现故障的a桥臂，切除掉a桥臂，同时将故障相a的电压矢量由第四桥臂η代替，即通过电压空间矢量脉宽调制(SVM)得到断路故障态下的功率管开通、关断的脉宽调制信号Sn、Sb、S。，然后通过驱动四桥臂逆变器中的n、b、c三个桥臂使其输出相应的三相电流in、ib、i。来控制电机跟随给定信号运行，使电机在故障下仍能正常地运行。
【专利摘要】本发明公开了一种高可靠的电力驱动电机控制方法，该控制方法在速度调节中采用了模糊PR调节器来代替传统的速度PI控制器，增加了系统的自适应能力和抗扰动能力，具有很好的跟踪效果；在电流调节中采用了预测控制器来代替传统的电流PI控制器，解决了传统电流PI控制器的滞后特性，提高了系统的带宽和动态性能；最后采用了SVM结合四桥臂变换器的控制方法来提高系统的可靠性，使系统能在故障情况下仍能正常运行。本发明具有快速的动态响应能力、自适应能力强、抗扰动强、跟踪效果好、可靠性高等特点，适用于对动态性能以及可靠性要求较高的电机驱动场合。
【IPC分类】H02P21-14, H02P27-08
【公开号】CN104579088
【申请号】CN201410827262
【发明人】石永丽, 李喜生, 熊龙辉
【申请人】石永丽
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月25日