[发明专利]一种感应电动机的矢量控制装置

摘要

一种感应电动机的矢量控制装置，本发明涉及一种感应电动机的无速度传感器矢量控制装置。它解决了传统感应电动机的矢量控制方法因转速自适应率不能保证算法的稳定性，在低速发电状态下系统存在不稳定且低速时转速观测误差较大的问题。本发明通过将励磁电流的实际值和观测值之间的励磁电流误差，q轴定子磁链观测值和可变增益（M）的乘积加入到所观测电流偏差和所观测的转子磁链的外积中，经由PI调节器观测得到电机速度。从而控制电机的转速。本发明大幅提高了系统的低速性能，并有效解决了再生发电状态下系统的不稳定问题。本发明用于控制感应电机的转速。

主权项

一种感应电动机的矢量控制装置，它包括电流传感器（105）、变换器（103）、第一坐标变换单元（102）、第二坐标变换单元（110）、三相到二相坐标变换单元（107）、电压重构单元（109）、第一电流控制单元（101）、第二电流控制单元（106）、速度控制单元（100）、磁链控制单元（122）、全阶观测器单元（108）和转速自适应观测单元（111），感应电机（104）的定子电流（A）通过电流传感器（105）采样后，送到三相到二相坐标变换单元（107）进行α β静止坐标轴系的坐标变换，第二坐标变换单元（110）根据全阶观测器单元（108）观测出的转子磁链观测值（C）的角度对变换到α β轴系下的电流进行旋转坐标变换，使电机定子电流分解成转矩电流（D）和励磁电流（E），第二电流控制单元（106）和第一电流控制单元（101）分别对励磁电流（E）和转矩电流（D）进行控制使之分别与其指令值相匹配，其中，转矩电流指令（J）为速度控制单元（100）根据转速指令（H）与转速自适应观测单元（111）观测出的电机转速观测值（B）的差值进行调节的输出值；励磁电流指令（I）为磁链控制单元（122）根据磁链指令（G）与全阶观测器单元（108）观测出的电机转子磁链观测值（C）的幅值的差值进行调节的输出值，第一坐标变换单元（102）把第一电流控制单元（101）和第二电流控制单元（106）的输出值转换到α β静止坐标轴系，生成定子电压指令（Y）并将其输出给变换器（103），变换器（103）根据定子电压指令（Y）对直流母线电压（Vdc）执行直流－交流变换并输出给感应电机（104），电压重构单元（109）根据定子电压指令（Y）和检测到的直流母线电压（Vdc）重构出三相相电压（F），全阶观测器单元（108）根据重构的三相相电压（F）以及三相到二相坐标变换单元（107）变换出的α β静止坐标轴系下的电流（N）以及转速自适应观测单元（111）输出的电机转速观测值（B）对电机状态进行观测，观测出电机定子电流观测值（L）、定子磁链观测值（Z）和转子磁链观测值（C），转速自适应观测单元（111）根据全阶观测器单元（108）输出的定子电流观测值（L）、定子磁链观测值（Z）和转子磁链观测值（C）以及三相到二相变换坐标单元（107）输出的电流（N）观测出电机转子速度观测值（B）；所述转速自适应观测单元（111）包括外积单元（300）、第一加减运算单元（320）和PI调整单元（308），第一加减运算单元（320）求取电流（N）与定子电流观测值（L）之差并输入到外积单元（300），外积单元（300）对第一加减运算单元（320）输出的定子电流误差和转子磁链观测值（C）进行外积运算； 其特征在于转速自适应观测单元（111）还包括一号坐标变换单元（301）、二号坐标变换单元（302）、增益单元（303）、符号运算单元（307）、一号乘法单元（304）、二号乘法单元（305）、三号乘法单元（306）、常数值单元（309）、减法单元（310）、限幅单元（311）、第二加减运算单元（321）和加法运算单元（322），一号坐标变换单元（301）基于转子磁链观测值（C）的角度信号进行坐标变换，将定子电流观测值（L）分解出励磁电流观测值（P），由第二加减运算单元（321）对实际励磁电流（E）与励磁电流观测值（P）进行比较得到励磁电流观测偏差，二号乘法单元（304）将该偏差乘以定子磁链q轴分量观测值（Q），而定子磁链q轴分量观测值（Q）由二号坐标变换单元（302）基于转子磁链观测值（C）的角度信号对定子磁链观测值（Z）进行坐标变换分解得到，符号运算单元（307）输出转矩电流（D）的符号值，增益单元（303）将同步角速度（X）乘以增益（k），其中，同步角速度通过对转子磁链观测值（C）的角度信号进行微分运算得到；二号乘法单元（305）将增益单元（303）的输出与符号运算单元（307）的输出相乘，其结果输出到减法单元（310），减法单元（310）则将二号乘法单元（305）的输出减去常数值单元（309）中的数值，限幅单元（311）将减法单元（310）的输出进行限幅操作后输出，三号乘法单元（306）将一号乘法单元（304）的输出乘以限幅单元（311）的输出，加法运算单元（322）将三号乘法单元（306）的输出加入到外积单元（300）的输出中，加法运算单元（322）的结果输入到PI调整单元（308）中，获得电机转速的观测值（B）。