【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于傳感器控制，具體涉及一種公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)控制方法。
技術(shù)介紹
1、在電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，需要傳統(tǒng)的機(jī)械式位置傳感器以獲取電機(jī)實時的有效的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置信息。但是傳統(tǒng)的機(jī)械式位置傳感器不可避免地會導(dǎo)致成本增加、電機(jī)體積增大等問題。此外，由于機(jī)械式傳感器的安裝也存在同心度等問題，再者周圍環(huán)境因素如溫度、濕度和汽車振動等，也會極大影響著機(jī)械式傳感器的使用壽命和測量精度。因此，為了提高矢量控制系統(tǒng)的可靠性和降低生產(chǎn)成本，電機(jī)無位置傳感器控制算法正在被各國學(xué)者廣泛研究。目前，常用的方法是通過利用定子電壓、定子電流等物理量進(jìn)行位置估算來獲取準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子位置信息。目前關(guān)于公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)無位置傳感器控制算法的分類大致上可以分為兩大類：一大類是基于電機(jī)凸極性的低速無位置算法；另一大類是基于電機(jī)模型的中高速無位置算法。低速無位置傳感器控制算法主要包括基于高頻信號注入法和基于基本脈沖寬度調(diào)制激勵法。根據(jù)高頻信號注入的電機(jī)坐標(biāo)系和注入波形的不同，可以將高頻信號注入法細(xì)分為旋轉(zhuǎn)高頻注入法、脈動高頻注入法和脈動高頻方波注入法。中高速無位置傳感器控制算法通過利用電機(jī)電動勢或者與基礎(chǔ)激勵相關(guān)的磁鏈來實現(xiàn)電機(jī)無位置控制，主要包括兩大類：開環(huán)估算法和閉環(huán)估算法。開環(huán)估算法是根據(jù)對電機(jī)電動勢積分而估算出無位置控制信息，該方法不包含有任何反饋修正項，因此開環(huán)法的無位置控制精度較低。閉環(huán)估算法充分利用電機(jī)估算轉(zhuǎn)子位置、估算轉(zhuǎn)子速度等信息作為反饋提高算法的控制精度和改善動態(tài)響應(yīng)。同時根據(jù)算法使用的不同觀測器，閉環(huán)法還可以細(xì)分為線性擾動觀測器、滑模觀測
2、基于電機(jī)凸極性的高頻信號注入法方面研究，在20世紀(jì)90年代，有學(xué)者提出了基于旋轉(zhuǎn)高頻正弦信號注入方法，并采用零序電流法在高頻電流中提取出轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信息。在2011年有學(xué)者還提出一種脈動高頻方波注入法的低速無位置控制策略，該方案利用方波電壓信號替代傳統(tǒng)的正弦電壓信號作為高頻信號注入，該方案相較于脈動高頻注入法的優(yōu)點是在轉(zhuǎn)子位置估算過程中不需要使用帶通濾波器和低通濾波器，從而避免濾波器帶來的相位延遲的問題，因而能夠提高電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的帶寬并且使得位置估算精度提升。基于電機(jī)模型的中高速無位置傳感器控制算法主要是利用電機(jī)電動勢或者與基礎(chǔ)激勵相關(guān)的磁鏈來實現(xiàn)，并以誤差收斂到零為目標(biāo)，則電動勢或磁鏈可以被準(zhǔn)確估計出來。對于上述中高速無位置觀測器控制算法的具體研究，有學(xué)者在2003年提出基于擾動觀測器的滑模觀測器用于公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)中高速無位置控制，但所提出的滑模觀測器的開關(guān)函數(shù)是sign函數(shù)，這會在算法控制過程中不可避免產(chǎn)生抖振問題；在2011年有學(xué)者提出的滑模觀測器算法將開關(guān)函數(shù)sign函數(shù)替換成sigmoid函數(shù)，減小了因開關(guān)函數(shù)sign函數(shù)所帶來的抖振問題。目前關(guān)于公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)全速域無位置傳感器控制算法，主要存在的問題是沒有任何一種單一的無位置傳感器控制算法能夠在公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)的各種轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)電機(jī)無位置控制。這是由于當(dāng)電機(jī)低速運行時，雖然可以利用電機(jī)的凸極性進(jìn)行高頻信號注入來實現(xiàn)無位置控制，但隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，高頻信號注入頻率會逐漸與轉(zhuǎn)速信號頻率相接近，這就造成基于電機(jī)凸極性的高頻信號注入法無法在電機(jī)中高速下正常工作。同時當(dāng)電機(jī)中高速運行時，雖然可以通過基于電機(jī)模型法進(jìn)行無位置控制，但隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的降低，電機(jī)的電動勢和相關(guān)磁鏈也會逐漸變小，這就導(dǎo)致電機(jī)參數(shù)的敏感性隨轉(zhuǎn)速降低變得越來越強(qiáng)，而且建模的不確定性、逆變器的非線性等因素在電機(jī)低轉(zhuǎn)速運行時影響更大，這些因素都會造成基于電壓模型法無法在電機(jī)低速下進(jìn)行無位置控制。
3、針對現(xiàn)有的公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)全速域無位置傳感器控制算法存在的不能在公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)的各種轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)電機(jī)無位置控制的技術(shù)問題，需要找到一種新的公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)控制方法，做到全速域無位置傳感器控制。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本專利技術(shù)的目的在于提供一種公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)控制方法，以解決現(xiàn)有的公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)無位置傳感器控制方法不能全速域準(zhǔn)確估計電機(jī)的位置和速度信息的技術(shù)問題。
2、為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
3、本專利技術(shù)公開了一種公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)控制方法，包括：
4、將全速域范圍劃分為零低速域、低中速域和中高速域；
5、當(dāng)估計轉(zhuǎn)速為零低速域，脈振高頻方波注入觀測器工作；
6、當(dāng)估計轉(zhuǎn)速為低中速域，脈振高頻方波注入觀測器和滑模觀測器同時工作，并根據(jù)處在轉(zhuǎn)速切換區(qū)的位置以及當(dāng)前的估計轉(zhuǎn)矩進(jìn)行加權(quán)處理；
7、當(dāng)估計轉(zhuǎn)速為中高速域，全階滑模觀測器工作，并將注入電壓關(guān)閉，完成公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)全速域無位置傳感器的控制；
8、在低中速域內(nèi)，分別將脈振高頻方波注入法和全階滑模觀測器法的估計角度與對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)相加，得到估計電機(jī)轉(zhuǎn)子角度；分別將脈振高頻方波注入法和全階滑模觀測器法的估計速度與對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)相加，得到估計電機(jī)轉(zhuǎn)子速度；并反饋回坐標(biāo)變換模塊進(jìn)行電機(jī)矢量控制。
9、優(yōu)選地，當(dāng)估計轉(zhuǎn)速低于ωe1為零低速域，當(dāng)估計轉(zhuǎn)速高于ωe1且低于ωe2為低中速域，當(dāng)估計轉(zhuǎn)速高于ωe2為中高速域；
10、估計電機(jī)轉(zhuǎn)子角度和估計電機(jī)轉(zhuǎn)子速度表示為：
11、
12、其中，m為轉(zhuǎn)速切換因子；k1為估計轉(zhuǎn)矩比例系數(shù)1：；k2為估計轉(zhuǎn)速比例系數(shù)2：；k1和k2要經(jīng)過多次實驗測量得到；為低中速域臨界速度：為中高速域臨界速度：m1為中低速域臨界轉(zhuǎn)速切換因子；m2為中高速域臨界轉(zhuǎn)速切換因子；而m1，m2都取決于k1為脈振高頻方波注入法的權(quán)重系數(shù)；k2為全階滑模觀測器法的權(quán)重系數(shù)；
13、為了解除轉(zhuǎn)子角速度和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的耦合關(guān)系，選用估計定子磁鏈的方式來得到轉(zhuǎn)子估計角速度
14、
15、其中，為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的估計定子磁鏈；ψsi,d為d軸磁鏈分量；ψsi,q；永磁磁鏈ψf為q軸磁鏈分量；ld，lq分別為d，q軸電感；id，iq分別為d，q軸電流；
16、
17、其中，t-1(θ)為反park變換矩陣；為靜止坐標(biāo)系下估計定子磁鏈；
18、
19、其中，為靜止坐標(biāo)系下估計定子有效磁鏈α軸分量；為靜止坐標(biāo)系下估計定子有效磁鏈β軸分量；lq為q軸定子自感；分別為靜止坐標(biāo)系下估計定子磁鏈在α-β軸分量；iα，iβ分別為α-β軸電流分量；
20、
21、其中，為轉(zhuǎn)子估計位置；常值n＝n0；
22、
23、其中，為轉(zhuǎn)子估計角速度；p為極對數(shù)；we1為脈振高頻方波注入法的權(quán)重系數(shù)；we2為全階滑模觀測器法的權(quán)重系數(shù)；為脈動高頻方波注入法估計角度，為脈動高頻方波注入法估計速度；為全階滑模觀測器法估計角度，為全階滑模觀測器法估計速度。
24、進(jìn)一步優(yōu)選地，估計負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算方程為：
25、
26、其中，j為轉(zhuǎn)動本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)控制方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)控制方法，其特征在于，當(dāng)估計轉(zhuǎn)速低于為零低速域，當(dāng)估計轉(zhuǎn)速高于且低于為低中速域，當(dāng)估計轉(zhuǎn)速高于為中高速域；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)控制方法，其特征在于，估計負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算方程為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)控制方法，其特征在于，在零低速域內(nèi)，具體包括以下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)控制方法，其特征在于，步驟一中，將高頻方波電壓注入到電機(jī)估計位置坐標(biāo)系中的軸上，得到高頻激勵下的公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)等效電壓模型的具體過程為：
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)控制方法，其特征在于，步驟二中，得到電機(jī)實際位置坐標(biāo)系dq下相鄰兩個采樣點高頻電流偏差信號與電機(jī)角度誤差之間的關(guān)系式的具體過程為：
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)控制方法，其特征在于，步驟三中，根據(jù)坐標(biāo)變換原理將步驟二中得到的關(guān)系式轉(zhuǎn)化到α-β坐標(biāo)系下，得到α-β坐標(biāo)系下
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)控制方法，其特征在于，步驟四中，脈動高頻方波注入法估計角度和脈動高頻方波注入法估計速度的估算過程為：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)控制方法，其特征在于，在中高速域內(nèi)，采用全階滑模觀測器結(jié)合鎖相環(huán)估算轉(zhuǎn)子的位置和速度信息，全階滑模觀測器輸入為定子電壓、電流以及鎖相環(huán)對轉(zhuǎn)子位置角的估計角度，輸出反電動勢，用于鎖相環(huán)估計全階滑模觀測器法估計速度和全階滑模觀測器法估計角度
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)控制方法，其特征在于，鎖相環(huán)估計全階滑模觀測器法估計速度和全階滑模觀測器法估計角度的具體過程為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)控制方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)控制方法，其特征在于，當(dāng)估計轉(zhuǎn)速低于為零低速域，當(dāng)估計轉(zhuǎn)速高于且低于為低中速域，當(dāng)估計轉(zhuǎn)速高于為中高速域；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)控制方法，其特征在于，估計負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算方程為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)控制方法，其特征在于，在零低速域內(nèi)，具體包括以下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)控制方法，其特征在于，步驟一中，將高頻方波電壓注入到電機(jī)估計位置坐標(biāo)系中的軸上，得到高頻激勵下的公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)等效電壓模型的具體過程為：
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的公路交通隧道風(fēng)機(jī)電機(jī)控制方法，其特征在于，步驟二中，得到電機(jī)實際位置坐標(biāo)系dq下相鄰兩個采樣點高頻電流偏差信號與電機(jī)角度誤差之間的關(guān)系式的具體過程為：
7.根據(jù)權(quán)利要...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：林海，宋春然，陳煜舟，呂浩，鄭晅，李剛，柯吉，
申請(專利權(quán))人：長安大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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