[发明专利]交流传动控制系统和方法及其逆变器电压误差测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及交流传动控制系统及其误差测量方法，尤其是涉及一种应用于交流传动控制系统的考虑逆变器电压误差的交流传动控制系统及误差测量方法。

背景技术

交流传动系统是指以交流电机为控制对象，对电机的输出转矩和转速进行调节的新型传动系统。与直流传动系统相比，交流传动系统具有良好的牵引性能，功率因素高，体积小，重量轻，运行可靠。交流传动系统正逐步取代直流传动系统，广泛应用于工业生产，国民生活和国防建设等领域。

交流传动系统一般由控制系统、主回路和控制对象等构成，其中主回路是指由直流母线，直流支撑电容，以及功率开关半导体器件组成的变流器；控制系统则包括基于高速微处理器的硬件平台，和实时运算的各种控制算法。它通过对传动系统中电机转速、电机电流和直流母线电压等信号的采集和处理，根据要求的转速或转矩指令，控制主回路中功率半导体器件的通断进行PWM控制以调节作用于电机的交流电压的幅值和频率，实现对电机转速或转矩的控制。

PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）是交流传动控制系统中极其重要组成部分，该部分的功能是根据输入的参考电压和当前直流母线电压，调节控制主回路功率半导体器件通断的脉冲信号的宽度，使主回路输出的基波电压等于随输入的参考电压。其中SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）为空间矢量脉冲宽度调制。在逆变器控制中，由于开关器件固有开关时间的影响，开通时间往往小于关断时间，因此很容易导致同一相的上下两个开关管发生同时导通的现象而造成短路故障，为了防止故障的产生，通常设置一定的开通延时时间T_d，称之为死区时间，以保证同相的一个开关器件完全关断后，另外一个开关器件才开通。

脉宽调制技术广泛应用于交流传动系统中，目前工业领域应用较为广泛的为电压型逆变器，通过功率半导体器件的开关进行输出电压的调制以实现对电机输出转矩和转速的控制。由于半导体器件的本身固有特性和控制系统的器件延时等因素，以及逆变器到电机三相之间连接电缆的内阻损耗（电缆越长电压损耗越大），使得实际电机端电压和逆变器理论输出电压之间存在一定的幅值和相位误差，该误差会影响交流传动系统的控制效果（尤其是在低速小调制比运行工况下）。调制比为变流器输出的交流线电压基波幅值同变流器输入的直流电压值之比。

根据功率半导体的器件特性，器件导通时存在一定的导通电压降。并且由于器件导通时存在一定的内阻，因此通过电流时也会产生一定的电压降。同时，逆变器和电机三相之间连接电缆的阻值会影响逆变器的输出电压，造成实际输出电压和理论输出电压之间存在一定的误差，影响系统的控制性能。逆变器存在一定的开通延时和关断延时，其中的关断延时和导通电流存在非线性关系。在实际工业应用中为防止同一相的上下桥臂同时导通造成的母线短路损坏器件，加入了一定的死区时间。另外，逆变器三相输出端和电机三相之间的连接线缆也存在一定的内阻，并且线缆越长内阻越大，因此造成的压降也越大。这些因素都会影响逆变器的输出电压，在低速运行区域或调制比较小的运行情况下，误差影响更加明显，甚至会造成控制失败。

因此，提出一种交流传动控制系统逆变器电压误差的测量方法及具有该误差补偿功能的交流传动控制系统及其方法成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑逆变器电压误差的交流传动控制系统和方法及其逆变器电压误差测量方法，该系统和方法及其逆变器电压误差测量方法能够极大地提高系统的控制性能，尤其是低速或小调制比下，能够减小逆变器电压误差造成的影响。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种交流传动控制系统的技术实现方案，一种交流传动控制系统，包括：

转矩给定单元，用于设定电机输出的目标转矩指令；

磁链计算单元，用于进行磁链指令的计算和设定；

指令电流计算单元，根据目标转矩指令和磁链指令进行d轴指令电流和q轴指令电流的计算；

转差频率计算单元，用于根据目标转矩指令和磁链指令计算电机的转差频率ω_r；

定子频率计算单元，根据测速单元反馈的速度ω和转差频率ω_r计算出电机的定子频率ω_s；

角度计算单元，对电机的定子频率进行积分，计算出定子的旋转角度θ；

反馈电流计算单元，根据检测到的电机相电流经坐标变化后得到d轴反馈电流I_d和q轴反馈电流I_q；