專利名稱：前饋加注入阻尼控制的電機驅動裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種電機驅動控制器的命令值計算和實現裝置。
背景技術：
一般電機驅動控制器或變頻器，在轉速或轉矩閉環控制時，會根據前端環節的命 令值和反饋環節的估計值或檢測值做PI控制以得到后端環節的命令值。例如轉速控制 是根據給定的目標轉速與檢測或估計得到的實際轉速之間的誤差做PI控制，產生轉矩的 命令值；磁通、轉矩、d軸電流(激磁電流)和q軸電流(轉矩電流)的控制，則是根據不同 的磁場定向，以解耦加PI控制的方法，分別產生d軸電流(激磁電流)、q軸電流(轉矩電 流)、d軸輸出電壓和q軸輸出電壓的的命令值。此類習知的控制方法，存在需要調試的多組PI系數，且PI系數調試困難，系統動 態響應速度較慢；系統性能易隨電機參數的變化而降低，當因環境溫度變化，電機參數與控 制器參數嚴重不匹配時，甚至會產生電機啟動困難，系統振蕩等現象。
實用新型內容本實用新型提供主要目的在于提供一種電機驅動控制器，以及其中各個控制環節 輸出命令值的計算方法。本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的。前饋加注入阻尼控制的電機驅動裝置，包含目標轉速給定環節，目標轉速給定環 節給轉速控制環節轉速控制數值，并通過磁通幅值給定環節給刺痛控制環節幅值，由轉速 控制環節將轉矩輸送給轉矩控制環節，轉矩控制環節和磁通控制環節一起控制dq軸電流 控制環節，由dq軸電流控制環節產生d軸和q軸電壓數值，并經坐標轉換器轉換后，由脈寬 調變產生器產生控制信號控制電力電子開關模組，進而控制電機運轉，由電機將運轉數據 經過轉速估計或轉速檢測環節反饋給轉速控制環節，并進行修正。其實現方法包含下述步驟(a)電機狀態檢測裝置取得電機目前的運轉狀態，轉速、輸出轉矩等；(b)電機轉速或轉矩控制裝置根據期望的輸出轉速或轉矩命令，計算出q軸電流 命令；(c)電機磁通控制裝置根據給定磁通幅值計算出d軸電流命令；(d)d軸和q軸電壓控制裝置計算出d軸和q軸輸出電壓命令；(e)坐標變換和脈寬調變裝置依據輸出d軸和q軸電壓命令，產生所需的驅動信 號，驅動后端電力電子逆變器件，以所需頻率和電壓驅動電機，實現可調轉速或轉矩控制。本實用新型的特點是在電機驅動控制器或變頻器的各個控制環節中，根據相應 的數學模型，按照該前端環節輸入的控制目標的命令值，先利用前饋算法計算出輸出量命 令值中的前饋量部分；再根據控制目標的反饋誤差計算出輸出量命令值中注入的阻尼量部 分；前饋量和注入的阻尼量兩部分合成即為各個控制環節輸出量的命令值。
3[0014]該裝置具有以下優點算法程序簡單，易于調試實現；對輸入命令(轉速或轉矩)跟蹤快速；動態響應速 度高；系統不易受電機參數影響，穩定性高。
下面根據附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。圖1為本實用新型之系統方塊圖圖2為前饋加注入阻尼控制方法方塊圖圖3為dq軸控制環節方塊圖[0020]10目標轉速給定[0021]20磁通幅值給定[0022]30轉速控制環節[0023]40磁通控制環節[0024]50轉矩控制環節[0025]60dq軸電流控制環節[0026]70坐標變換器[0027]80脈寬調變產生器[0028]90電力電子開關模組[0029]100轉速檢測環節[0030]110電機(感應電機)[0031]120磁通檢測環節[0032]130輸出轉矩檢測環節[0033]140前饋量產生環節[0034]150阻尼量產生環節[0035]160前饋量與阻尼量合成，產生輸出命令環節[0036]170限幅保護環節[0037]200電機轉矩和磁通幅值跟蹤控制模塊
具體實施方式
圖1為本實用新型之系統方塊圖，本實用新型用于電機轉矩和磁通幅值跟蹤控制 模塊180內，包括一轉速控制環節30、一磁通幅值控制環節40、一轉矩控制環節50、一 dq 軸電流控制環節60。使坐標變換器70獲得d、q軸輸出電壓命令值，從而產生三相電壓命令 Vas、Vbs> Vcs給脈寬調制產生器80，產生控制信號給電力電子開關模組90用以控制電機110 運轉。實施上，目標轉速給定環節10根據控制需要產生當前目標轉速命令值，并輸出至 磁通幅值給定環節20和轉速控制環節30 ；磁通幅值給定環節20根據目標轉速命令值，根 據電機特性，確定磁通幅值命令值，并輸出至磁通幅值控制環節20 ；轉速控制環節30根據 目標轉速命令值，以及回饋的電機實際轉速的檢測值或估計值，計算出輸出轉矩的命令值， 并輸出至轉矩控制環節50 ；磁通幅值控制環節40根據磁通幅值命令值，以及回饋的電機實際磁通幅值的檢測值或估計值，計算出d軸電流命令值，并輸出至dq軸電流控制環節60 ； 轉矩控制環節50根據輸出轉矩命令值，以及回饋的電機實際輸出轉矩的檢測值或估計值， 計算出q軸電流命令值，并輸出至dq軸電流控制環節60 ；dq軸電流控制環節根據d軸和q 軸電流的命令值，以及d軸和q軸電流的檢測值，計算出d軸和q軸輸出電壓的命令值，并 輸出至坐標變換器70 ；由dq軸電流控制環節60產生的d軸和q軸電壓命令值，輸出至坐標 變換器80后，經由兩軸同步坐標系統轉換至三軸交流坐標系統，得到三相電壓命令Vas、Vbs、 V。s，三相電壓命令輸入脈寬調變產生器80，產生六臂開關控制控制信號給電力電子開關模 組90，進而驅動控制該電機110。請再參閱圖2，為轉速控制環節30、磁通幅值控制環節40和轉矩控制環節50之流 程方塊圖。轉速控制環節30、磁通幅值控制環節40和轉矩控制環節50均只針對單一的控 制目標進行控制，分別為轉速命令、磁通幅值命令和轉矩命令；控制輸出量也唯一，分別為 轉矩命令、d軸電流命令和q軸電流命令。轉速控制環節30根據目標轉速給定環節10給出的目標轉速命令值，依據電機機 械模型產生前饋轉矩命令值；再根據系統穩定性需要，由轉速估計或轉速檢測環節100得 到的估計或實際的電機轉速產生轉矩命令中的注入阻尼值。轉矩前饋命令值與注入阻尼 值合成，產生轉速控制環節30的輸出轉矩命令值，以實現對目標轉速穩定且快速的跟蹤控 制。磁通幅值控制環節40根據磁通幅值給定環節20給出的目標磁通幅值命令值，依 據電機電氣部分的數學模型的數學模型產生前饋d軸電流命令值；再根據系統穩定性需 要，由磁通估計或磁通檢測環節120得到的估計或實際的電機磁通幅值產生d軸電流命令 中的注入阻尼值。d軸電流前饋命令值與注入阻尼值合成，產生磁通幅值控制環節40的輸 出d軸電流命令值，以實現對目標磁通幅值穩定且快速的跟蹤控制。轉矩控制環節50根據轉速控制環節30給出的輸出轉矩值命令值，依據電機電氣 部分的數學模型產生前饋q軸電流命令值；再根據系統穩定性需要，由輸出轉矩估計或檢 測環節130得到的估計或實際的電機輸出轉矩產生q軸電流命令中的注入阻尼值。q軸電 流前饋命令值與注入阻尼值合成，產生轉矩控制環節50的輸出q軸電流命令值，以實現對 目標輸出轉矩穩定且快速的跟蹤控制。請再參閱圖3，為dq軸電流控制環節60之流程方塊圖。該環節針對d軸和q軸電 流命令值兩個控制目標進行控制；控制輸出量為d軸和q軸的輸出電壓命令值。dq軸電流控制環節60根據磁通幅值控制環節40和轉矩控制環節50給出的d軸 和q軸電流命令值，分別依據電機電氣部分d軸和q軸的數學模型產生d軸輸出電壓的前 饋命令值和q軸輸出電壓的前饋命令值；再根據系統穩定性需要，由檢測得到的d軸電流實 際值和q軸電流實際值，分別產生d軸輸出電壓命令和q軸輸出電壓命令中的注入阻尼值。 d軸輸出電壓的前饋命令值與注入阻尼值合成，產生d軸電流控制環節60的輸出d軸電壓 命令值；q軸輸出電壓的前饋命令值與注入阻尼值合成，產生q軸電流控制環節60的輸出 q軸電壓命令值，經限幅等保護動作后，輸出至坐標變換器70以實現對d軸電流命令值和q 軸電流命令值穩定且快速的跟蹤控制。
權利要求前饋加注入阻尼控制的電機驅動裝置，其特征在于，包括目標轉速給定環節，目標轉速給定環節給轉速控制環節轉速控制數值，并通過磁通幅值給定環節給磁通控制環節幅值，由轉速控制環節將轉矩輸送給轉矩控制環節，磁通控制環節和轉矩控制環節一起控制dq軸電流控制環節，由dq軸電流控制環節產生d軸和q軸電壓數值，并經坐標轉換器轉換后，由脈寬調變產生器產生控制信號控制電力電子開關模組，進而控制電機運轉，由電機將運轉數據經過轉速估計或轉速檢測環節反饋給轉速控制環節，并進行修正。
專利摘要前饋加注入阻尼控制的電機驅動裝置，包括目標轉速給定環節，目標轉速給定環節給轉速控制環節轉速控制數值，并通過磁通幅值給定環節給磁通控制環節幅值，由轉速控制環節將轉矩輸送給轉矩控制環節，轉矩控制環節和磁通控制環節一起控制dq軸電流控制環節，由dq軸電流控制環節產生d軸和q軸電壓數值，并經坐標轉換器轉換后，由脈寬調變產生器產生控制信號控制電力電子開關模組，進而控制電機運轉，由電機將運轉數據經過轉速估計或轉速檢測環節反饋給轉速控制環節，并進行修正。本裝置具有以下優點算法程序簡單，易于調試實現；對輸入命令(轉速或轉矩)跟蹤快速；動態響應速度高；系統不易受電機參數影響，穩定性高。
文檔編號H02P23/14GK201699648SQ20102023499
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月24日 優先權日2010年6月24日
發明者季筱隆, 王百淞, 陳昆鴻 申請人:蘇州士林電機有限公司