[发明专利]一种异步电机的控制装置及方法

说明书

技术领域

本申请涉及电机控制领域，特别是一种异步电机的控制装置及方法。

背景技术

电能是当今最主要的能源，同时也是浪费最多的能源。对我国社会总用电量而言，工业领域中的电机系统占据了其中的大部分，而电机使用过程中，由于控制设备陈旧、电机控制方法落后等原因导致电能的利用率低下，大量的电能在使用过程中被浪费掉。因此，电机调高性能速控制市场潜力巨大。

交流电机高性能调速大多采用变频调速方法，其中矢量控制技术将交流调速系统的非线性时变特性转换成近似直流调速系统的特性，采用直流电机的控制方法，对转矩电流和励磁电流进行解耦控制，得到与直流调速性能相媲美的交流调速性能，目前，矢量控制已成为交流传动领域的主要控制方法。常用的矢量控制一般采用转子磁链定向控制或者定子磁链定向控制，其中基于转子磁链定向的矢量控制定子电流转矩/励磁分量无耦合作用，实施转矩和励磁控制设计简单，具有极好的动、稳态控制精度，其主要存在的问题是温度变化或者磁饱和导致转子时间常数发生变化而影响其控制性能。而基于定子磁链定向的矢量控制则不受转子时间常数变化的影响，但其转矩和励磁控制具有耦合作用，需要进行解耦控制设计。

因而，上述两种矢量控制方案的准确性都依赖于电机磁链观测的准确性。但是，常规的矢量控制中磁链观测依赖于电机模型，其使用的电机参数是固定的，如定子电阻、转子电阻、定子电感或转子电感等电机参数。而异步电动机运行过程中，由于温度等工况状态的变化，电机相关参数将发生变化，导致常规矢量控制中磁链观测器的电机参数与实际运行的电机参数出现误差，从而降低了电机控制系统的稳定性和鲁棒性。

发明内容

本申请提供一种异步电机的控制装置及方法，解决现有技术中，因磁链观测使用的电机参数与实际运行的电机参数出现误差而降低电机控制系统的稳定性和鲁棒性的问题。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种异步电机的控制装置，包括彼此电连接的采集模块、处理模块和驱动模块，驱动模块包括逆变器，逆变器和采集模块均用于与被控电机电连接，采集模块还与驱动模块电连接；

采集模块用于实时采集被控电机三相定子的电流信号                                               、、和转速信号，并将采集到的被控电机三相定子的电流信号、、和转速信号发送至处理模块;

处理模块用于根据获取的三相定子电压信号、和计算机端虚拟磁链对给定磁链与观测到的机端虚拟磁链的差值进行PI控制，得到给定的定子电流轴分量;被控电机三相机端虚拟磁链的计算式为：

；

被控电机机端虚拟磁链的幅值和位置角为：

，；

处理模块还用于对给定的转速信号和实际的转速信号的差值进行PI控制，得到给定的转矩信号，对给定的转矩信号和观测到的电磁转矩信号的差值进行PI控制，获得给定的定子电流轴分量;

观测到的电磁转矩信号的计算式为，为被控电机的极对数，为定子电流q轴分量；

处理模块还用于根据给定的定子电流轴分量和轴分量，以及被控电机机端虚拟磁链位置角，计算被控电机三相定子给定的电流信号、和；

处理模块用于对与实际定子电流信号之间的差值、与实际定子电流信号之间的差值以及与实际定子电流信号之间的差值进行PI控制，获得PWM开关信号，并将获得的PWM开关信号发送至驱动模块；

驱动模块用于根据PWM开关信号驱动被控电机。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种异步电机的控制方法，包括以下步骤：

采集模块实时采集被控电机三相定子的电流信号、、和转速信号，并将采集到的被控电机三相定子的电流信号、、和转速信号发送至处理模块;

处理模块根据获取的三相定子电压信号、和计算机端虚拟磁链对给定磁链与观测到的机端虚拟磁链的差值进行PI控制，得到给定的定子电流轴分量;被控电机三相机端虚拟磁链的计算式为：

；

被控电机机端虚拟磁链的幅值和位置角为：

，；

处理模块对给定的转速信号和实际的转速信号的差值进行PI控制，得到给定的转矩信号，对给定的转矩信号和观测到的电磁转矩信号的差值进行PI控制，获得给定的定子电流轴分量;

观测到的电磁转矩信号的计算式为，为被控电机的极对数，为定子电流q轴分量；