[发明专利]一种基于误差补偿的感应电机零频稳定控制方法

说明书

本发明公开了一种基于误差补偿的感应电机零频稳定控制方法，该方法基于现有的感应电机无速度传感器驱动系统，通过在αβ坐标系下电机的定子电压指令输入值和转子电压补偿模块的输入之间增加一虚拟电压注入模块，在虚拟电压注入模块、磁链转速观测器之间增加一转子电压补偿模块，或者，通过在dq坐标系下电机的定子电压指令输入值u_sd、u_sq和转子电压补偿模块的输入之间增加一虚拟电压注入模块，在虚拟电压注入模块、磁链转速观测器之间增加一转子电压补偿模块，实现在保证感应电机无速度传感器驱动系统零同步转速以及低同步转速时的稳定性的同时，解决采用虚拟电压注入法后感应电机无速度传感器驱动系统的转速观测精度下降的问题。

技术领域

本发明属于电机无速度传感器控制领域，更具体地，涉及一种基于误差补偿的感应电机零频稳定控制方法。

背景技术

感应电机(Induction Motor，简称IM，包括单相、三相和多相感应电机)及其驱动变频器(包括低压、中压和高压变频器)作为装备制造业的重要组成部分，被广泛应用于国民经济的各行各业，总体来说，无速度传感器驱动系统的优点包括：驱动系统成本低，系统集成配件少，尺寸小，可靠性高以及维护方便等。其缺点主要是电机低速运行带载能力弱，转速精度差以及低频运行不稳定性。

近年来，国内外学者对无速度传感器驱动系统中磁链观测和转速观测问题进行了深入全面的研究。根据每个算法特性，可以将以上观测方法分为三类：(1)基于电机模型构建的观测器：该方法已经在工业领域得到了广泛的应用，谐波含量、观测精度、动态响应等性能也已经得到了大幅度提升，但该类观测器在零同步转速时的转子转速不可观测问题一直没有得到解决，在实际应用中导致了感应电机无速度传感器驱动系统在电机低同步转速和零同步转速运行的不稳定问题。(2)基于电机各向异性构建的观测器：该方法利用感应电机的转子槽谐波、转子凸极效应、转子漏感等电机异向性，从采样得到的电流电压信号中提取出转子位置信息。该方法能够保证感应电机无速度传感器控制系统在电机同步转速等于零或者接近零时的长时间带载稳定运行，但是这类方法利用了感应电机的各向异性，依赖电机设计，而且存在转矩波动、噪声等问题，因此这类转速和磁链观测方法不适合广泛的工业应用。(3)虚拟电压注入法：该方法能够同时解决以上两类方法存在的问题。通过在观测器中注入虚拟电压信号，就能够解决感应电机无速度传感器驱动系统在电机低同步转速和零同步转速运行的不稳定问题，并且该方法仅在观测器中注入信号，不依赖电机各向异性，因此能够适合各种类型的感应电机，但是该方法存在会导致转速观测精度下降的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有采用虚拟电压注入法后感应电机无速度传感器驱动系统的转速观测精度下降的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于误差补偿的感应电机零频稳定控制方法，该方法基于现有的感应电机无速度传感器驱动系统，在αβ坐标系下电机的定子电压指令输入值和转子电压补偿模块的输入之间增加一虚拟电压注入模块，在虚拟电压注入模块、磁链转速观测器之间增加一转子电压补偿模块，αβ坐标系是2相静止坐标系，dq坐标系是2相同步旋转坐标系，包括以下步骤：

S1.基于虚拟电压注入值或者离线标定法计算等效补偿转子电阻R_rc；

S2.基于等效补偿转子电阻R_rc计算转子补偿电压和

S3.通过PARK反变换将和由dq坐标系变换到αβ坐标系，得到αβ坐标系下的转子补偿电压和并结合αβ坐标系下虚拟电压注入模块的输出值来构成转子电压补偿模块的输出值

S4.基于构建磁链观测器的动态数学模型；

S5.基于磁链观测器的动态数学模型，使用转速观测器观测感应电机转子转速使用磁链观测器观测转子磁链的旋转角度