一种实现永磁同步电动机转速单向混沌运动的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于永磁同步电动机控制技术领域，涉及一种实现永磁同步电动机转速单 向混沌运动的方法。
【背景技术】
[0002] 近年来随着混沌研究的不断深入，人们发现混沌可以在很多工业应用中获得更好 的性能。例如振动压实领域，混沌运动的宽频谱特性可以使不同固有频率的混合颗粒发生 共振；混沌运动的速度变化率比单周期振动更加剧烈，从而得到更好的压实效果。在实际的 工程应用中，人们希望在工业过程中产生需要的混沌现象，即混沌反控制。常用的电动机混 沌反控制方法主要有：延时反馈控制法、跟踪控制法和设计电机参数产生法。
[0003] 现有的延时反馈控制方法电机转速有正负，即电机会出现不断的正反转。一方面 这对于某些工业过程没有实际意义；另一方面电机的正反非周期转动对机械装置和电机寿 命都有较大的影响。跟踪控制法虽然能够实现单向混沌，但受系统响应时间制约，具有一定 的局限性。此外，通过设计电机参数，如气隙磁链、电枢电感等，可使电机系统产生混沌的转 速。但这种方式实现的混沌运动可控性差，调整不够灵活。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种实现永磁同步电动机转速单向混沌运动的方法，解决了 现有技术产生的混沌运动使电机转速有正负运动，对电机机械性能要求高的问题。
[0005] 本发明所采用的技术方案是，一种实现永磁同步电动机转速单向混沌运动的方 法，按照以下步骤实施：
[0006] 步骤1、通过两个电流霍尔传感器，采集永磁同步电动机三相电流中的两相电流的 模拟信号，并且通过数字信号控制器的两路模拟数字转换器检测得到电动机两相电流的数 字量 iA(t)和 iB(t);
[0007] 步骤2、通过永磁同步电动机轴上连接的码盘和数字信号处理器的正交编码脉冲 输入模块采集永磁同步电动机机械角位置增量，进而得到电角度Θ (t);
[0008] 步骤3、将步骤1得到的永磁同步电动机两相电流iA(t)和iB(t)在数字信号处理 器中进行CLARK变换，得到α-β静止坐标系下的电流量Mt)和i e(t);
[0009] 步骤4、利用步骤2中得到的电角度Θ (t)，将步骤3中得到的ia (t)、ie (t)在数 字信号处理器中进行PARK变换，得到d-q旋转坐标系下电流的反馈量，即直轴电流id (t)和 交轴电流iq(t);
[0010] 步骤5、在数字信号处理器中将直轴电流给定量设定为idraf= 0与步骤4中得到的 反馈量id(t)作差，得到误差信号e(t)，误差信号e(t)通过PI调节器得到控制量U d(t);
[0011] 步骤6、将步骤4中得到的交轴电流iq(t)和经过延迟处理后得到的iq(t-T)作 差，将作差结果乘以比例因子K 1，并在此基础上加上一个基值分量Uq(t)得到控制量Uq(t);
[0012] 步骤7、利用步骤2中得到的电角度Θ (t)，将步骤5和步骤6中得到的控制量 Ud(t)和Uq⑴在数字信号处理器中进行PARK反变换，得到α-β静止坐标系下的电压量 Ua⑴和Ue⑴；
[0013] 步骤8、以步骤7得到的电压量Ua (t)和Ufi (t)为输入，在数字信号处理器中进行 空间矢量调制，得到驱动逆变器六路控制脉冲；
[0014] 步骤9、以步骤8中得到的六路控制脉冲为输入，在驱动逆变器中经过三相全桥逆 变器，逆变出三相交流电给永磁同步电动机供电，从而控制永磁同步电动机实现转速单向 混纯运动。
[0015] 本发明的有益效果是，包括以下方面：
[0016] 1)能够使永磁同步电动机在某基速附近做混动运动，能够在满足某些工业过程或 者生产工艺要求的情况下实现混沌化电机驱动，扩展了混动化电机驱动在工业过程中应用 范围。
[0017] 2)本发明方法与传统的直接延时反馈控制法相比，能够实现电机转速在某基值附 近单向混沌，与跟踪控制方法相比不受系统响应时间的制约，与设计电机参数产生法相比 这种电气化的控制具有很强的灵活性。
[0018] 3)将本发明方法应用于振动压实，对比实验表明本发明方法在单位时间内不仅下 降位移大，单位压下量消耗能量更小，压实效果更好。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明方法所依赖的系统框图；
[0020] 图2是本发明方法应用到振动压实装置中的电机转速实验波形；
[0021] 图3是本发明方法控制电机得到的在CoiMq平面的混沌吸引子图；
[0022] 图4是本发明方法应用到振动压实装置中的作用力功率谱。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0024] 如图1所示，本发明的实现永磁同步电动机转速单向混沌运动的方法依赖的系统 结构是，包括数字信号处理器、驱动逆变器和永磁同步电动机三大部分，分别如图中虚线框 所示，其中的数字信号处理器包括并列设置的两路模拟数字转换器（A/D)、正交编码脉冲输 入电路（eQEP)和六路驱动信号发生器（SVPffM);两路模拟数字转换器通过CLARK变换（模 块）与PARK变换（模块）连接；PARK变换（模块）一路输出i d与给定量i dref作差后，通 过PI调节器与PARK反变换（模块）连接，PARK变换（模块）另一路输出通过与其本身的 时间延迟作差后乘比例因子1与％相加后与PARK反变换（模块）连接，正交编码脉冲输 入电路的输出除送至PARK变换和PARK反变换外，还送入平均转速计算模块得到平均转速 ，平均转速与平均转速期望值nraf作差后乘比例因子K 2后再与电压基值相加得到u q;
[0025] 永磁同步电动机上设置有用来检测转速的码盘，码盘的输出信号进入正交编码脉 冲，得到电动机的电角度Θ (t)，正交编码脉冲输入电路同时与PARK反变换（模块）、PARK 变换（模块）、转速均值计算（模块）分别连接；电动机的三相电流中的两相对应通过两个 电流霍尔传感器采集，进入两路模拟数字转换器（分别通过ADCO和ADCl端口进入），得到 两相电流i A(t)和iB(t);
[0026] 驱动逆变器中包括三相全桥逆变器，三相全桥逆变器通过不控整流与三相工频电 源连接；六路驱动信号发生器产生的驱动信号驱动三相全桥逆变器给永磁同步电动机供电 (控制永磁同步电动机）；
[0027] 另外，采用矢量控制的框架，令直轴电流给定值idraf= 0,通过电流环PI调节器构 成直轴电流闭环得到直轴电流控制量Ud⑴；交轴电流采用直接延时反馈的方法，并在此基 础上了增加了 一个基值分量uq (t)得到交轴电流控制量Uq (t)。
[0028] 数字信号控制器的最优型号选用TMS320F28335。
[0029] 本发明的单向混沌反控制方法，通过上述的系统实现，按照以下步骤实施：
[0030] 步骤1、通过两个电流霍尔传感器（即图1中的两个HALL模块），采集永磁同步电 动机（图1中的PMSM)三相电流中的两相电流的模拟信号，并且通过数字信号控制器的两 路模拟数字转换器（图1中A/D模块中的ADCO和ADCl两个通路）检测得到电动机两相电 流的数字量i A(t)和iB(t);
[0031] 步骤2、通过永磁同步电动机轴上连接的码盘（图1中码盘）和数字信号处理器的 正交编码脉冲输入模块（图1中eQEP)采集永磁同步电动机机械角位置增量，进而得到电 角度Θ⑴；
[0032] 步骤3、将步骤1得到的永磁同步电动机两相电流iA(t)和iB(t)在数字信号处理 器中进行CLARK变换（图1中CLARK变换模块），得到α - β静止坐标系下的电流量i α (t) 和 i p (t);
[0033] 步骤4、利用步骤2中得到的电角度Θ (t)，将步骤3中得到的电流量Mt)、ie(t) 在数字信号处理器中进行PARK变换（图1中PARK变换模块），得到d-q旋转坐标系下电流 的反馈量，即直轴电流i d(t)和交轴电流iq(t);
[0034] 步骤5、直轴电流给定量idraf= 0与步骤4中得到的反馈量i d(t)作差，得到误差 信号e (t)，在数字信号处理器中误差信号e (t)进入PI调节器（图1中PI调节器模块）得 到直轴电流控制量Ud (t)，PI调节器的调节过程表达式如下：
[0036] 其中e (t) = idraf_id(t