[发明专利]一种大功率异步电动机前馈补偿抑制定子电流谐波方法

摘要

本发明涉及一种大功率异步电动机前馈补偿抑制定子电流谐波方法，包括信号采集、转子磁链观测、电磁转矩纹波观测、电磁转矩纹波前馈补偿、转速外环控制、预测电流内环控制、逆变器驱动，通过预测控制输出结果生成开关信号以驱动开关管，无需调制，减少了调制控制过程中的某些不必要的开关变化，从而大大降低开关损耗，通过独立IO控制方式对开关状态进行控制，而取代一般的脉宽调制波控制开关状态方式，从而在容差范围内能够有效的减少开关次数，大大降低了大功率异步电机在低频开关信号控制下的谐波电流含量和转矩脉动，提高了大功率异步电机的运行效率。

主权项

1.一种大功率异步电动机前馈补偿抑制定子电流谐波方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)、信号采集：实时采集变流器的直流侧电压异步电机定子电流并通过编码器采集异步电机的转速ω(k)；S2)、转子磁链观测：利用预测电流内环控制得到的开关信号S_a,b,c(k)和直流侧电压合成电机的定子电压矢量其计算表达式为：在静止坐标系中，异步电机转子磁链矢量为：并根据得到的转子磁链矢量求得其幅值ψ_r(k)和定向角度θ(k)；其中，L_r为转子电感，L_m为定转子间互感，L_s为定子电感，R_s为定子电阻；S3)、电磁转矩观测：利用异步电机全阶状态自适应滑模观测器可得到异步电机转矩为：对上述等式两边求导得到电磁转矩纹波的观测，具体为：其中，n_p为电机极对数，i_sq(k)为定子电流q轴分量，Δi_sq(k)为转矩电流变化量，S4)、电磁转矩纹波前馈补偿：通过采用双闭环控制，外环分为速度环与磁链环，其中磁链环的磁链控制器输出的控制量i_sdf(k)与电磁转矩纹波ΔT_e(k)产生的前馈补偿控制量进行叠加作为励磁电流的给定使得趋于稳定，实现低谐波电流控制，其中，i_sq(k)与i_sd(k)分别为经过clarke与park变换之后的q轴分量和d轴分量；S5)、转速外环控制：将给定转速ω^*和采集到的转速信号ω(k)作差值后进行PI控制得到电磁转矩电流给定量具体为：其中，K_p、T_i、T_D分别为PI控制器的比例系数、积分时间常数、微分时间常数；S6)、电流内环预测控制：以电磁转矩电流给定量与励磁电流的给定作为内环控制器给定量，通过采集到的当前时刻的电流矢量并根据简化电机模型：对其进行离散化，从而预测得到下一时刻的电流矢量其中，R_r为转子电阻，σ为电机漏磁系数，n_p为电机极对数，T_s为采样周期；S7)、通过给定价值函数分别计算8组开关状态下的价值函数值大小，并选取价值函数值最小的开关状态作为控制输出；S8)、开关信号控制：通过采用变步长开关信号给定法，设定容差范围，其中，b是容差边界圆半径，若电流不在容差边界圆内时，则将上述计算的价值函数的最小值对应的开关状态作为控制输出，否则保持原样。