一種低成本環保的電機控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電機控制技術的領域，尤其是涉及一種低成本環保的電機控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著電力電子技術、電力傳動技術的日益發展，電機控制系統現已得到了廣泛的 應用。但近幾年，隨著新能源以及科技的不斷發展，很多電機控制場合對電機控制系統的成 本、體積、動態性能以及抗擾動性上提出了較高的要求。
[0003] 目前電機控制方法仍存在一些不足或待改進之處：其不能用一臺電機同時實現電 機的電動和發電同時運行，目前的系統多采用多臺電機多個控制器分別進行電動或發電控 制，普遍功能單一、成本高、能耗多和體積大；同時，目前的電機普遍都需要位置傳感器，位 置傳感器將進一步增加系統的成本和體積，而且在一些惡劣的環境下是不方便使用位置傳 感器的；此外，其電動驅動負載時傳統采用的速度PI控制器存在自適應能力和抗擾動能力 差的不足，而傳統采用的電流PI控制器，又存在固有的滯后特性，從而會影響系統的動態 性能和限制系統帶寬的增加，響應速度受限。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是克服現有技術中存在的上述缺陷，提供一種低成本環保的電機控 制方法，使其具有快速的動態響應能力、較強的自適應能力和抗擾動能力，能大大節省電機 成本和體積，同時集電動與發電于一身，環保且可適用于惡劣環境和對系統成本、體積、動 態性能以及抗擾動性要求較高的電機電動/發電場合。
[0005] 為了實現上述目的，本發明提供了一種低成本環保的電機控制方法，該方法包括 如下步驟：
[0006] (1)在電壓空間矢量脈寬調制（SVPWM)中注入高頻信其中下標h 代表高頻分量，Um為注入高頻信號的幅值，《h為注入高頻信號的角頻率，t為時間，通過霍 爾傳感器采集電機中進行電動狀態的一套三相對稱繞組電流ia、ib、i。，然后將其通過abc/ dq變換器得到d-q坐標系下實際高頻電流響應值idjPi
[0007] (2)分別對得到的高頻電流響應值iqh通過低通濾波器LPF濾波后，得到d-q 坐標系下電機的實際電流值idl、iql，對q軸高頻電流響應值iqh經過信號處理器處理，得到 電機的轉子位置信號估計值1和對位置信號求導得到的轉子速度估計值龜其中q軸高頻 電流響應值iqh可表示為：
【主權項】
1. 一種低成本環保的電機控制方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 在電壓空間矢量脈寬調制（SVPWM)中注入高頻信號以〇8(?4)，其中下標h代表 高頻分量，Um為注入高頻信號的幅值，《h為注入高頻信號的角頻率，t為時間，通過霍爾傳 感器采集電機中進行電動狀態的一套三相對稱繞組電流ia、ib、i。，然后將其通過abc/dq變 換器得到d_q坐標系下實際尚頻電流響應值idl^Pi一 (2) 分別對得到的高頻電流響應值idh、iqh通過低通濾波器LPF濾波后，得到d-q坐標 系下電機的實際電流值idl、iql，對q軸高頻電流響應值iqh經過信號處理器處理，得到電機 的轉子位置信號估計值.A和對位置信號求導得到的轉子速度估計值令其中q軸高頻電流 響應值iqh可表示為：
式中，Ld、Lq分別為電機的d軸和q軸電感值，=A0為位置信號估計誤差值， 0為位置信號實際值，當A0 = 〇時，即可得到4 =心這樣就可以通過iqh進行信號處理， 得到較準確的電機轉子位置信號估計值義供預測控制器和發電部分的PI調節器使用； (3) 將給定的轉速與反饋的速度4送入滑模控制器進行處理，得到具有抗擾動能 力和自適應能力強的給定電流i/，再將給定的d-q軸電流i/以及i/送入預測控制器，其 中1/=〇，同時將上一次輸出的(1-(1軸電壓。/&-1)、1 1#〇^1)以及上一次反饋回來的電 流idl(k_l)和iql(k_l) -同送入預測控制器，得到預測出的d-q軸電壓U/(k)和U/(k)， 其預測表達式為： Udl*(k) =A1idl(k-l)+A2idl*(k)+A3iql(k-l)+A4Udl*(k-l) Uql* (k) =B:iql (k-1) +B2iql* (k) +B3idl (k-1) +B4Uql* (k-1) 其中，k為第k個控制周期，k-1表示第k-1個周期，即上一個周期，U/(k)和U/(k)分 另IJ為預測出的第k個控制周期的d-q軸電壓，i/(k)和1^〇〇分別為第k個控制周期內給 定的d-q軸電流，六^"心為U/(k)的調節參數，U/(k)的調節參數，根 據電機自身不同的特性決定； (4) 將得到的預測出的d-q軸電壓U/(k)和U/(k)，通過電壓空間矢量脈寬調制 (SVPWM)得到a、b、c三個橋臂的功率管開通、關斷的脈寬調制信號送入逆變器中，同時通入 直流電Udel使逆變器的a、b、c三個橋臂輸出相應的三相電流ia、ib、i。來控制電機跟隨給定 信號帶動負載正常運行； (5) 通過霍爾傳感器采集電機中進行發電狀態的一套三相對稱繞組電流ix、iy、iz，然后 將其通過xyz/dq變換器得到d-q坐標系下實際電流值id2和iq2，通過電壓檢測器采集變換 器端上的直流電壓Udc;2; (6) 將給定的電壓Ud。/與反饋的實際電壓U&2送入電壓PI調節器進行處理，得到能使 電壓快速穩定控制的給定電流i</，將給定的d-q軸電流以及id/= 0送入PI調節器 進行電流處理，同時將上一次反饋回來的電流id2和iq2 -同送入PI調節器得到給定的d-q 軸電壓Ud2,Uq2%然后經電壓空間矢量脈寬調制（SVPWM)得到x、y、z三個橋臂的功率管開 通、關斷的脈寬調制信號送入變換器中處理，從而使電機跟隨給定信號給供電對象穩定正 常發電。
【專利摘要】本發明公開了一種低成本環保的電機控制方法，該控制方法采用電機的一套三相對稱繞組通過滑模控制器、預測控制器和逆變器進行電動狀態帶動負載運行，其中通過注入高頻信號實現了無需位置傳感器便可簡單易行地獲得電機轉子位置信號估計值，從而進一步降低了電機成本和減小了體積，同時因采用了滑模控制器增加了電機的自適應能力和抗擾動能力，因采用了預測控制器提高了系統的帶寬和動態性能；此外，采用電機的另一套三相對稱繞組通過電壓PI調節器、PI調節器和變換器進行發電狀態給供電對象穩定正常發電。本發明具有快速的動態響應能力、較強的自適應能力和抗擾動能力，能大大節省電機成本和體積，同時集電動與發電于一身，環保且可適用于惡劣環境。
【IPC分類】H02P21-14
【公開號】CN104579087
【申請號】CN201410821064
【發明人】石成富, 王剛, 鄧惠文
【申請人】石成富
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月25日