[发明专利]交流永磁同步电动机控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及电动机技术领域，尤其是交流永磁同步电动机的控制系统。

背景技术

交流永磁同步电动机由于其效率高、调速性能好的特点被越来越多的行业所采用，交流永磁同步电动机的调速主要采用变频调速，此时转差功率基本不变，随着输出功率的变化，系统从电网吸收的有功功率也随之变化，始终保持较高的运行效率，并且调速性能也最好。目前采用电压型逆变器供电的交流永磁同步电动机工作在高速区域以后，由于定子电压接近极限，所以电流调节器可能会出现饱和以至于电流处于开环控制之中，从而导致系统进入了非可控状态，此时电动机的转矩也处于非可控状态，存在着一定的隐患。为此，在电动机运行于高速区域的时候，需要对定子电压进行恰当的处理。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种可将电动机定子电流处于可控之中，提高系统工作的可靠性和稳定性的交流永磁同步电动机控制系统。

本发明的技术方案如下：

一种交流永磁同步电动机控制系统，包括转速调节器、电流指令发生器、矢量旋转变换模块、矢量旋转反变换模块、空间矢量脉宽调制模块、Clarke变换模块、电压型逆变器、三相电机、位置传感器、速度计算器以及比例积分控制器；转速标幺值与测得的电机速度叠加后输入转速调节器，转速调节器输出电磁转矩标幺值至电流指令发生器，电流指令发生器输出的d轴电流指令值和q轴电流指令值分别与矢量旋转变换模块输出的d轴电流和q轴电流叠加后输入比例积分控制器，比例积分控制器输出d轴电压指令值和q轴电压指令值至矢量旋转反变换模块，矢量旋转反变换模块输出二轴直角坐标系中的电压α分量与电压β分量至空间矢量脉宽调制模块，空间矢量脉宽调制模块的输出连接至电压型逆变器；电动机d轴电压输入电压型逆变器，电压型逆变器连接电机定子三相电压，电机定子A、B相电流经过Clarke变换模块输出二轴直角坐标系中的电流α分量与电流β分量至矢量旋转变换模块；三相电机连接位置传感器，位置传感器输出转子位置角度至矢量旋转变换模块、矢量旋转反变换模块以及速度计算器，速度计算器输出测得的电机速度；矢量旋转反变换模块输出的Park逆变换信号和电动机d轴电压叠加后输入比例积分控制器，比例积分控制器输出调节后的定子电压至电流指令发生器。

所述电流指令发生器包括预处理模块、优化控制策略模块、电流极限值计算模块以及比例积分控制器；电磁转矩标幺值经预处理模块、优化控制策略模块输出d轴电流指令值的标幺值和q轴电流指令值的标幺值；电动机d轴电压和调节后的定子电压经叠加后输入比例积分控制器，比例积分控制器的输出信号和d轴电流指令值的标幺值经叠加后输出d轴电流指令值，q轴电流指令值的标幺值和d轴电流指令值经电流极限值计算模块后输出q轴电流指令值。

本发明的有益技术效果是：

本发明控制系统中的电压闭环可以有效提高系统的性能。采用本发明控制系统后可以对包括直流电压变化、电动机定子电阻和电感等参数发生变化的扰动产生有效的抑制作用，从而可将电动机定子电流处于可控之中，提高系统工作的可靠性和稳定性。

附图说明

图1是本发明控制系统框图。

图2是电流指令发生器图。

图3是电压闭环控制效果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

图1所示为本发明控制系统框图，其中包含一路速度闭环、两路电流闭环，以及一路电压闭环。电压闭环可以抵消电动机运行时对定子电压的额外要求，从而使定子电流调节器不进入深度饱和状态，进而对定子电流实施有效的闭环控制，提高系统的可控性。

图1中，ASR为转速调节器，FG为电流指令发生器，VR为矢量旋转变换模块，VR^-1为矢量旋转反变换模块，SVPWM为空间矢量脉宽调制模块，VSI为电压型逆变器，ɑβ/abc为Clarke变换模块,PI为比例积分控制器。矢量旋转变换模块VR用于完成Park变换，将直角坐标系变换为旋转坐标系。矢量旋转反变换模块VR^-1用于完成Park逆变换，将旋转坐标系变换为直角坐标系。Clarke变换模块用于完成Clarke变换，将基于3轴、2维的定子静止坐标系的各物理变量变换到2轴的定子静止坐标系中。