[发明专利]一种基于无源性控制的矩阵变换器-永磁同步电机调速系统和方法

说明书

本发明属于电机传动领域，具体涉及一种基于无源性控制的矩阵变换器‑永磁同步电机调速系统和方法；装置包括所述永磁同步电机PWSM分别连接双向矩阵变换器和输出电流检测电路，所述双向矩阵变换器依次连接无源低通滤波器和三相交流电源，所述无源低通滤波器和三相交流电源之间连接输入电压检测电路，所述输出电流检测电路和输入电压检测电路分别通过信号调理电路连接控制电路，控制电路通过开关管驱动电路连接双向矩阵变换器，所述电源模块分别为输出电流检测电路、信号调理电路、控制电路、开关管驱动电路和输入电压检测电路供电；本发明具有响应速度快、抗干扰能力强以及鲁棒性好的优点，改善了调速系统的性能。

技术领域

本发明属于电机传动领域，具体涉及一种基于无源性控制的矩阵变换器-永磁同步电机调速系统和方法。

背景技术

能源消耗是社会进步的代价之一，节约能源、保护环境、可持续发展是具有战略意义的。一直以来，能源在工业领域消耗最重要的源头应属电机，所以，电机控制技术的完善和电机效率的提升对可持续发展有着重要的含义。目前，交流调速技术广泛应用于电机驱动中，它是电机调速系统研究的关键部分。如用在风机、水泵中的节能交流调速系统、轧钢机、机床、电力机车等领域的高性能交流调速系统、石化、纺织、轻工机械等方面的同步交流调速系统等等。而交流变频调速以其较高的控制精度、良好的调速平滑度、较宽的调速范围等优点，成为交流电机调速技术研究和发展的主流。

交流电气传动系统的执行电机为交流电机，一般为异步电动机、永磁同步电机和永磁无刷直流电机。永磁电机其转子为永久磁钢，具有效率高、功率因数高、可靠性高、体积小、功率密度大、起动力矩大、噪音小、温升低等优势。在调速效果上，比永磁无刷电机和异步电动机调速范围更宽，精度更高。因此永磁同步电机广泛应用于高精度传动系统和精密伺服控制系统当中。在控制策略上，目前矢量控制和直接转矩控制是比较成熟和主流的方法，基本可以实现永磁同步电机的平滑调速。但是由于永磁同步电机是一种强耦合、多变量、高阶次的非线性系统，系统在运行过程中很容易受到外界环境影响(如电机本体参数变化、负载频繁变化以及电网波动等)，并且多数情况下电机运行环境都是比较恶劣的工厂环境，仅仅通过矢量控制或者直接转矩控制策略，在永磁电机调速系统的稳定性以及鲁棒性上差强人意。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于无源性控制的矩阵变换器-永磁同步电机调速系统和方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于无源性控制的矩阵变换器-永磁同步电机调速系统，包括永磁同步电机PMSM、输出电流检测电路、信号调理电路、控制电路、开关管驱动电路、双向矩阵变换器、无源低通滤波器、电源模块、输入电压检测电路和三相交流电源；所述控制电路包括负载侧电流极性判断电路；所述永磁同步电机PMSM分别连接双向矩阵变换器和输出电流检测电路，所述双向矩阵变换器依次连接无源低通滤波器和三相交流电源，所述无源低通滤波器和三相交流电源之间连接输入电压检测电路，所述输出电流检测电路和输入电压检测电路分别通过信号调理电路连接控制电路，控制电路通过开关管驱动电路连接双向矩阵变换器，所述电源模块分别为输出电流检测电路、信号调理电路、控制电路、开关管驱动电路和输入电压检测电路供电。

基于所述一种基于无源性控制的矩阵变换器-永磁同步电机调速系统实现的调速方法，包括以下步骤：

步骤一、输出电流检测电路采集永磁电机定子三相电流i_A、i_B、i_C，经过abc/αβ变换，得到α-β坐标系下的电流信号i_α、i_β，再经过αβ/dq变换，得到d-q坐标系下的电流信号i_d、i_q，将i_d、i_q信号和鲁棒无源控制器的输出信号u_d、u_q信号传输至自适应滑模速度观测器，经过自适应滑模速度观测器运算得到永磁同步电机转速信号观测值以及转子位置角信号观测值；