[发明专利]一种基于FPGA的同步电机励磁方法

权利要求书

1.一种基于FPGA的同步电机励磁方法，其特征在于，具体包括步骤：

步骤一、根据试验现场的工况，结合电动机的出厂参数，利用给定基准电流i_st与传感器测定的实际电机励磁绕组电流i_t计算偏差值ε；

偏差值计算公式为：ε＝i_st-i_t；

步骤二、将偏差值ε输入自适应PID调节器，经最优反馈增益模块计算最优控制参数值，可跟踪辨识器实时变化，实现最优控制输出u；

自适应PID调节器是在PID调节器本体基础上，加入辨识器和最优反馈增益模块；

根据最优反馈控制理论，设计最优控制规律为：u(k)＝K(k)·X(k)；

X(k)为状态变量；K(k)为最优反馈增益矩阵；

K(k)＝-R^-1B^TA^-T[P(k)-Q]＝[k₁(k),k₂(k),k₃(k)]；

R＝[1]；X(k+1)＝A·X(k)+B·ε(k)；B＝[0 1 b₀]^T，a_i、b_j为同步电机励磁系统的实变参数，i＝1,2,3；j＝0,1,2；

P(k)为离散Riccati(黎卡提)方程的解，P(k)＝Q+A^TP(k)[I+BR^-1B^TP(k)]^-1A；

I为单位矩阵，Q＝diag[1 10 100]；k₁(k),k₂(k),k₃(k)分别代表PID调节器的传递函数中的比例系数K_P、积分系数K_I和微分系数K_D，即K_P＝k₁(k)，K_I＝k₂(k)，K_D＝k₃(k)，保证自适应PID调节器的控制参数随系统实时变化，从而实现最优控制；

步骤三、最优控制输出u结合与主电路进线电压同步的电压信号u_s，作为移相触发单元的输入控制信号，求取六脉波晶闸管的触发角α；

具体为：

输入信号：给定的基准电流i_st，所述u_s结合辅助信号，首先经过采样芯片，实现信号的隔离和幅值转换，然后，将转换后符合电压范围的信号输入FPGA控制芯片，计算六脉波晶闸管的触发角α值，结合控制芯片中的软件锁相环单元，输出触发角；公式如下：

α＝0.69-1.57×[U/(2.34×U₀)-0.77]

U为期望整流电路输出的励磁电压的有效值，U＝2.34U₀cosα，式中U₀为六脉波晶闸管整流电路三相进线的有效值；

步骤四、FPGA控制芯片输出的触发角α经过功率管及脉冲变压器进行功率放大，将实际的触发脉冲输入六脉波晶闸管整流电路中；

步骤五、主电路三相进线电压u_i经过励磁变压器得到的电压u₀作为六脉波晶闸管整流电路的输入，输出实际的电机励磁绕组电压E_d施加给电动机，得到电动机的实际励磁绕组电流i_t，被传感器测定反馈计算偏差值ε，形成闭环。

2.如权利要求1所述的一种基于FPGA的同步电机励磁方法，其特征在于，步骤一中所述的给定基准电流综合考虑了试验现场工况和电动机出厂参数；

现场工况是指：负载类型、驱动器类型、电机运行频率和电机运行转速；

电动机的出厂参数包括：电机额定电压、额定电流、极对数和连接方式。

3.如权利要求1所述的一种基于FPGA的同步电机励磁方法，其特征在于，步骤二所述的控制参数包括：比例系数、积分系数和微分系数。

4.如权利要求1所述的一种基于FPGA的同步电机励磁方法，其特征在于：步骤三所述的移相触发单元中运用的锁相环模块能实时判断所述u_s是否平衡，并在不同情况下智能地选择最简便有效的方法，从而加快系统响应速度，保证励磁触发角的安全可靠；具体的：锁相环单元可以智能地识别所述u_s的平衡程度，即主电路三相进线电压u_i的平衡程度，也是励磁整流电路输入电压u₀的平衡程度；在所述u_s三相完全对称的情况下，选择单同步坐标系软件锁相环方法；当发生电压跌落、相角突变或者单相短时接地等不平衡状况时，切换成双同步坐标系解耦软件锁相环方法。