[发明专利]一种基于FPGA的同步电机励磁方法

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的同步电机励磁方法，属于励磁控制领域。首先利用给定基准电流与传感器测定的实际电机励磁绕组电流计算偏差值，并输入自适应PID调节器，经最优反馈增益模块计算最优控制参数值，跟踪辨识器实时变化，实现最优控制输出。然后结合与主电路进线同步电压信号，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，经放大输入六脉波晶闸管整流电路中；输出实际的电机励磁绕组电压施加给电动机，得到实际励磁绕组电流，被传感器测定反馈计算偏差值，形成闭环。本发明基于励磁控制板，运用优化改进的控制流程，可有效降低生产成本，同时也能快速地根据现场实际工况，调整励磁电压，安全稳定地完成对电动机的励磁控制。

技术领域

本发明属于励磁控制领域，具体涉及一种基于FPGA的同步电机励磁方法。

背景技术

供给同步电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统，它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成，励磁功率单元向同步电机的转子提供励磁电流，而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。

励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的影响，励磁系统的主要作用有：根据电机负荷的变化相应地调节励磁电流，以维持电机端电压为给定值；控制并列运行的各电机间无功功率分配；提高电机并列运行的静态稳定性和暂态稳定性；当电机内部出现故障时，进行灭磁，以减少故障损失程度；根据运行要求，对电机实行最大和最小励磁限制。

传统电动机励磁功能的完成基本选择国际领先的外国设备，例如西门子6RA70，其成本较高，虽然能适应各种工况自动调整励磁控制，但对于比较常见的应用现场，某些功能有些冗余，所以提供一种有效可靠的低成本同步电动机励磁方法具有一定的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于FPGA的同步电机励磁方法，用于实现同步电动机的励磁功能。

一种基于FPGA的同步电机励磁方法，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。

现场工况一般是指：负载类型、驱动器类型、电机运行频率和电机运行转速等；

电动机的出厂参数包括：电机额定电压、额定电流、极对数和连接方式等。

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。

控制参数包括：比例系数、积分系数和微分系数；

自适应PID调节器是在传统的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。