本發(fā)明涉及一種異步電機控制技術領域，尤其是一種大功率異步電動機前饋補償抑制定子電流諧波方法。

背景技術：

電力能源是現(xiàn)代最清潔的能源，目前我國總電量中超過60％是通過異步電機消耗的，因此，提高異步電機運行效率對節(jié)約能源具有重要意義，在工業(yè)領域中大功率異步電機運行效率過低問題也是電機控制領域的核心問題，在提高運行效率的同時能夠滿足電機系統(tǒng)的安全性和可靠性要求，具有很高的市場應用價值。

現(xiàn)有技術主要是利用電機大慣性的屬性，忽略脈動轉矩，實現(xiàn)低開關頻率控制，以此提高大功率電機的運行效率，然而，該技術只能應用于某些對電機系統(tǒng)轉矩性能要求不高的場合，并且低開關頻率控制勢必會造成電機系統(tǒng)高諧波含量，在大功率異步電機系統(tǒng)中高諧波含量電流會產(chǎn)生過高的額外銅耗，制約電機運行效率的提升，提高開關頻率可實現(xiàn)低畸變電流，但是這會造成變流器的高開關損耗；

若采用常規(guī)的pwm(如空間矢量pwm)控制，實現(xiàn)低開關頻率控制大功率電機，則會導致諧波電流增大，銅耗增加，造成過高脈動轉矩，從而加大電機軸系機械諧振的可能性，影響與電機耦合的設備的安全，降低電機系統(tǒng)的可靠性。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種大功率異步電動機前饋補償抑制定子電流諧波方法。

本發(fā)明的技術方案為：一種大功率異步電動機前饋補償抑制定子電流諧波方法，其特征在于，包括以下步驟：

s1)、信號采集：實時采集變流器的直流側電壓異步電機定子電流并通過編碼器采集異步電機的轉速ω(k)；

s2)、轉子磁鏈觀測：利用預測電流內(nèi)環(huán)控制得到的開關信號sa,b,c(k)和直流側電壓合成電機的定子電壓矢量其計算表達式為：

在靜止坐標系中，異步電機轉子磁鏈矢量為：

并根據(jù)得到的轉子磁鏈矢量求得其幅值ψr(k)和定向角度θ(k)；

其中，lr為轉子電感，lm為定轉子間互感，ls為定子電感，rs為定子電阻；

s3)、電磁轉矩觀測：利用異步電機全階狀態(tài)自適應滑膜觀測器可得到異步電機轉矩為：

對上述等式兩邊求導得到電磁轉矩紋波的觀測，具體為：

其中，np為電機極對數(shù)，isq(k)為定子電流q軸分量，δisq(k)為轉矩電流變化量，

s4)、電磁轉矩紋波前饋補償：通過采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)分為速度環(huán)與磁鏈環(huán)，其中磁鏈環(huán)的磁鏈控制器輸出的控制量isdf(k)與電磁轉矩紋波δte(k)產(chǎn)生的前饋補償控制量進行疊加作為勵磁電流的給定控制isd(k)，而可知控制isd(k)補償isq(k)可使得趨于穩(wěn)定，實現(xiàn)低諧波電流控制，其中，所述的前饋補償控制量：

磁鏈控制器輸出的控制量其中，kψp，tψi、tψd、ψr^*分別為磁鏈控制器的比例系數(shù)、積分時間常數(shù)、微分時間常數(shù)、磁鏈給定量，isq(k)與isd(k)分別為經(jīng)過clarke與park變換之后的q軸分量和d軸分量；

s5)、轉速外環(huán)控制：將給定轉速ω^*和采集到的轉速信號ω(k)作差值后進行pi控制得到電磁轉矩電流給定量具體為：

其中，kp、ti、td分別為pi控制器的比例系數(shù)、積分時間常數(shù)、為微分時間常數(shù)；

s6)、電流內(nèi)環(huán)預測控制：以電磁轉矩電流給定量與勵磁電流的給定作為內(nèi)環(huán)控制器給定量，通過采集到的當前時刻的電流矢量并根據(jù)簡化電機模型：

對其進行離散化，從而預測得到下一時刻的電流矢量

其中，rr為轉子電阻，σ為電機漏磁系數(shù)，np為電機極對數(shù)，ts為采樣周期；

s7)、通過給定價值函數(shù)分別計算8組開關狀態(tài)下的價值函數(shù)值大小，并選取價值函數(shù)值最小的開關狀態(tài)作為控制輸出；

s8)、開關信號控制：通過采用變步長開關信號給定法，設定容差范圍，具體為：

其中，b是容差邊界圓半徑，

若電流不在容差邊界圓內(nèi)時，則將上述計算的價值函數(shù)的最小值對應的開關狀態(tài)作為控制輸出，否則保持原有開關狀態(tài)。

本發(fā)明的有益效果為：通過預測控制輸出結果生成開關信號以驅動開關管，無需調制，減少了調制控制過程中的某些不必要的開關變化，從而大大降低開關損耗，通過獨立io控制方式對開關狀態(tài)進行控制，而取代一般的脈寬調制波控制開關狀態(tài)方式，從而在容差范圍內(nèi)能夠有效的減少開關次數(shù)，大大降低了大功率異步電機在低頻開關信號控制下的諧波電流含量和轉矩脈動，提高了大功率異步電機的運行效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明的控制框架圖；

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明：

如圖1和圖2所示，一種大功率異步電動機前饋補償抑制定子電流諧波方法，其特征在于，包括以下步驟：

s1)、信號采集：實時采集變流器的直流側電壓異步電機定子電流并通過編碼器采集異步電機的轉速ω(k)；

s2)、轉子磁鏈觀測：利用預測電流內(nèi)環(huán)控制得到的開關信號sa,b,c(k)和直流側電壓合成電機的定子電壓矢量其計算表達式為：

在靜止坐標系中，異步電機轉子磁鏈矢量為：

并根據(jù)得到的轉子磁鏈矢量求得其幅值ψr(k)和定向角度θ(k)；

其中，lr為轉子電感，lm為定轉子間互感，ls為定子電感，rs為定子電阻；

s3)、電磁轉矩紋波觀測：利用異步電機全階狀態(tài)自適應滑膜觀測器可得到異步電機轉矩為：

對上述等式兩邊求導得到電磁轉矩紋波的觀測，具體為：

其中，np為電機極對數(shù)，isq(k)為定子電流q軸分量，δisq(k)為轉矩電流變化量，

s4)、電磁轉矩紋波前饋補償：通過采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)分為速度環(huán)與磁鏈環(huán)，其中磁鏈環(huán)的磁鏈控制器輸出的控制量isdf(k)與電磁轉矩紋波δte(k)產(chǎn)生的前饋補償控制量進行疊加作為勵磁電流的給定使得趨于穩(wěn)定，實現(xiàn)低諧波電流控制，其中，所述的前饋補償控制量：

磁鏈控制器輸出的控制量其中，kψp，tψi、tψd、ψr^*分別為磁鏈控制器的比例系數(shù)、積分時間常數(shù)、微分時間常數(shù)、磁鏈給定量，isq(k)與isd(k)分別為經(jīng)過clarke與park變換之后的q軸分量和d軸分量；

s5)、轉速外環(huán)控制：將給定轉速ω^*和采集到的轉速信號ω(k)作差值后進行pi控制得到電磁轉矩電流給定量具體為：

其中，kp、ti、td分別為pi控制器的比例系數(shù)、積分時間常數(shù)、為微分時間常數(shù)；

s6)、電流內(nèi)環(huán)預測控制：以電磁轉矩電流給定量與勵磁電流的給定作為內(nèi)環(huán)控制器給定量，通過采集到的當前時刻的電流矢量并根據(jù)簡化電機模型：

對其進行離散化，從而預測得到下一時刻的電流矢量

其中，rr為轉子電阻，σ為電機漏磁系數(shù)，np為電機極對數(shù)，ts為采樣周期；

s7)、通過給定價值函數(shù)分別計算8組開關狀態(tài)下的價值函數(shù)值大小，并選取價值函數(shù)值最小的開關狀態(tài)作為控制輸出；

s8)、開關信號控制：通過采用變步長開關信號給定法，設定容差范圍，

其中，b是容差邊界圓半徑，

若電流不在容差邊界圓內(nèi)時，則將上述計算的價值函數(shù)的最小值對應的開關狀態(tài)作為控制輸出，否則保持原樣。

上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理和最佳實施例，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。