一種實(shí)現(xiàn)永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速單向混沌運(yùn)動(dòng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于永磁同步電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種實(shí)現(xiàn)永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速單 向混沌運(yùn)動(dòng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來隨著混沌研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)混沌可以在很多工業(yè)應(yīng)用中獲得更好 的性能。例如振動(dòng)壓實(shí)領(lǐng)域，混沌運(yùn)動(dòng)的寬頻譜特性可以使不同固有頻率的混合顆粒發(fā)生 共振；混沌運(yùn)動(dòng)的速度變化率比單周期振動(dòng)更加劇烈，從而得到更好的壓實(shí)效果。在實(shí)際的 工程應(yīng)用中，人們希望在工業(yè)過程中產(chǎn)生需要的混沌現(xiàn)象，即混沌反控制。常用的電動(dòng)機(jī)混 沌反控制方法主要有：延時(shí)反饋控制法、跟蹤控制法和設(shè)計(jì)電機(jī)參數(shù)產(chǎn)生法。
[0003] 現(xiàn)有的延時(shí)反饋控制方法電機(jī)轉(zhuǎn)速有正負(fù)，即電機(jī)會(huì)出現(xiàn)不斷的正反轉(zhuǎn)。一方面 這對于某些工業(yè)過程沒有實(shí)際意義；另一方面電機(jī)的正反非周期轉(zhuǎn)動(dòng)對機(jī)械裝置和電機(jī)壽 命都有較大的影響。跟蹤控制法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)單向混沌，但受系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間制約，具有一定 的局限性。此外，通過設(shè)計(jì)電機(jī)參數(shù)，如氣隙磁鏈、電樞電感等，可使電機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生混沌的轉(zhuǎn) 速。但這種方式實(shí)現(xiàn)的混沌運(yùn)動(dòng)可控性差，調(diào)整不夠靈活。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速單向混沌運(yùn)動(dòng)的方法，解決了 現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生的混沌運(yùn)動(dòng)使電機(jī)轉(zhuǎn)速有正負(fù)運(yùn)動(dòng)，對電機(jī)機(jī)械性能要求高的問題。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種實(shí)現(xiàn)永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速單向混沌運(yùn)動(dòng)的方 法，按照以下步驟實(shí)施：
[0006] 步驟1、通過兩個(gè)電流霍爾傳感器，采集永磁同步電動(dòng)機(jī)三相電流中的兩相電流的 模擬信號，并且通過數(shù)字信號控制器的兩路模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器檢測得到電動(dòng)機(jī)兩相電流的數(shù) 字量 iA(t)和 iB(t);
[0007] 步驟2、通過永磁同步電動(dòng)機(jī)軸上連接的碼盤和數(shù)字信號處理器的正交編碼脈沖 輸入模塊采集永磁同步電動(dòng)機(jī)機(jī)械角位置增量，進(jìn)而得到電角度Θ (t);
[0008] 步驟3、將步驟1得到的永磁同步電動(dòng)機(jī)兩相電流iA(t)和iB(t)在數(shù)字信號處理 器中進(jìn)行CLARK變換，得到α-β靜止坐標(biāo)系下的電流量Mt)和i e(t);
[0009] 步驟4、利用步驟2中得到的電角度Θ (t)，將步驟3中得到的ia (t)、ie (t)在數(shù) 字信號處理器中進(jìn)行PARK變換，得到d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電流的反饋量，即直軸電流id (t)和 交軸電流iq(t);
[0010] 步驟5、在數(shù)字信號處理器中將直軸電流給定量設(shè)定為idraf= 0與步驟4中得到的 反饋量id(t)作差，得到誤差信號e(t)，誤差信號e(t)通過PI調(diào)節(jié)器得到控制量U d(t);
[0011] 步驟6、將步驟4中得到的交軸電流iq(t)和經(jīng)過延遲處理后得到的iq(t-T)作 差，將作差結(jié)果乘以比例因子K 1，并在此基礎(chǔ)上加上一個(gè)基值分量Uq(t)得到控制量Uq(t);
[0012] 步驟7、利用步驟2中得到的電角度Θ (t)，將步驟5和步驟6中得到的控制量 Ud(t)和Uq⑴在數(shù)字信號處理器中進(jìn)行PARK反變換，得到α-β靜止坐標(biāo)系下的電壓量 Ua⑴和Ue⑴；
[0013] 步驟8、以步驟7得到的電壓量Ua (t)和Ufi (t)為輸入，在數(shù)字信號處理器中進(jìn)行 空間矢量調(diào)制，得到驅(qū)動(dòng)逆變器六路控制脈沖；
[0014] 步驟9、以步驟8中得到的六路控制脈沖為輸入，在驅(qū)動(dòng)逆變器中經(jīng)過三相全橋逆 變器，逆變出三相交流電給永磁同步電動(dòng)機(jī)供電，從而控制永磁同步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速單向 混純運(yùn)動(dòng)。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是，包括以下方面：
[0016] 1)能夠使永磁同步電動(dòng)機(jī)在某基速附近做混動(dòng)運(yùn)動(dòng)，能夠在滿足某些工業(yè)過程或 者生產(chǎn)工藝要求的情況下實(shí)現(xiàn)混沌化電機(jī)驅(qū)動(dòng)，擴(kuò)展了混動(dòng)化電機(jī)驅(qū)動(dòng)在工業(yè)過程中應(yīng)用 范圍。
[0017] 2)本發(fā)明方法與傳統(tǒng)的直接延時(shí)反饋控制法相比，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速在某基值附 近單向混沌，與跟蹤控制方法相比不受系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的制約，與設(shè)計(jì)電機(jī)參數(shù)產(chǎn)生法相比 這種電氣化的控制具有很強(qiáng)的靈活性。
[0018] 3)將本發(fā)明方法應(yīng)用于振動(dòng)壓實(shí)，對比實(shí)驗(yàn)表明本發(fā)明方法在單位時(shí)間內(nèi)不僅下 降位移大，單位壓下量消耗能量更小，壓實(shí)效果更好。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明方法所依賴的系統(tǒng)框圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明方法應(yīng)用到振動(dòng)壓實(shí)裝置中的電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)波形；
[0021] 圖3是本發(fā)明方法控制電機(jī)得到的在CoiMq平面的混沌吸引子圖；
[0022] 圖4是本發(fā)明方法應(yīng)用到振動(dòng)壓實(shí)裝置中的作用力功率譜。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0024] 如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速單向混沌運(yùn)動(dòng)的方法依賴的系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)是，包括數(shù)字信號處理器、驅(qū)動(dòng)逆變器和永磁同步電動(dòng)機(jī)三大部分，分別如圖中虛線框 所示，其中的數(shù)字信號處理器包括并列設(shè)置的兩路模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（A/D)、正交編碼脈沖輸 入電路（eQEP)和六路驅(qū)動(dòng)信號發(fā)生器（SVPffM);兩路模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器通過CLARK變換（模 塊）與PARK變換（模塊）連接；PARK變換（模塊）一路輸出i d與給定量i dref作差后，通 過PI調(diào)節(jié)器與PARK反變換（模塊）連接，PARK變換（模塊）另一路輸出通過與其本身的 時(shí)間延遲作差后乘比例因子1與％相加后與PARK反變換（模塊）連接，正交編碼脈沖輸 入電路的輸出除送至PARK變換和PARK反變換外，還送入平均轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊得到平均轉(zhuǎn)速 ，平均轉(zhuǎn)速與平均轉(zhuǎn)速期望值nraf作差后乘比例因子K 2后再與電壓基值相加得到u q;
[0025] 永磁同步電動(dòng)機(jī)上設(shè)置有用來檢測轉(zhuǎn)速的碼盤，碼盤的輸出信號進(jìn)入正交編碼脈 沖，得到電動(dòng)機(jī)的電角度Θ (t)，正交編碼脈沖輸入電路同時(shí)與PARK反變換（模塊）、PARK 變換（模塊）、轉(zhuǎn)速均值計(jì)算（模塊）分別連接；電動(dòng)機(jī)的三相電流中的兩相對應(yīng)通過兩個(gè) 電流霍爾傳感器采集，進(jìn)入兩路模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（分別通過ADCO和ADCl端口進(jìn)入），得到 兩相電流i A(t)和iB(t);
[0026] 驅(qū)動(dòng)逆變器中包括三相全橋逆變器，三相全橋逆變器通過不控整流與三相工頻電 源連接；六路驅(qū)動(dòng)信號發(fā)生器產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號驅(qū)動(dòng)三相全橋逆變器給永磁同步電動(dòng)機(jī)供電 (控制永磁同步電動(dòng)機(jī)）；
[0027] 另外，采用矢量控制的框架，令直軸電流給定值idraf= 0,通過電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器構(gòu) 成直軸電流閉環(huán)得到直軸電流控制量Ud⑴；交軸電流采用直接延時(shí)反饋的方法，并在此基 礎(chǔ)上了增加了 一個(gè)基值分量uq (t)得到交軸電流控制量Uq (t)。
[0028] 數(shù)字信號控制器的最優(yōu)型號選用TMS320F28335。
[0029] 本發(fā)明的單向混沌反控制方法，通過上述的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，按照以下步驟實(shí)施：
[0030] 步驟1、通過兩個(gè)電流霍爾傳感器（即圖1中的兩個(gè)HALL模塊），采集永磁同步電 動(dòng)機(jī)（圖1中的PMSM)三相電流中的兩相電流的模擬信號，并且通過數(shù)字信號控制器的兩 路模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（圖1中A/D模塊中的ADCO和ADCl兩個(gè)通路）檢測得到電動(dòng)機(jī)兩相電 流的數(shù)字量i A(t)和iB(t);
[0031] 步驟2、通過永磁同步電動(dòng)機(jī)軸上連接的碼盤（圖1中碼盤）和數(shù)字信號處理器的 正交編碼脈沖輸入模塊（圖1中eQEP)采集永磁同步電動(dòng)機(jī)機(jī)械角位置增量，進(jìn)而得到電 角度Θ⑴；
[0032] 步驟3、將步驟1得到的永磁同步電動(dòng)機(jī)兩相電流iA(t)和iB(t)在數(shù)字信號處理 器中進(jìn)行CLARK變換（圖1中CLARK變換模塊），得到α - β靜止坐標(biāo)系下的電流量i α (t) 和 i p (t);
[0033] 步驟4、利用步驟2中得到的電角度Θ (t)，將步驟3中得到的電流量Mt)、ie(t) 在數(shù)字信號處理器中進(jìn)行PARK變換（圖1中PARK變換模塊），得到d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電流 的反饋量，即直軸電流i d(t)和交軸電流iq(t);
[0034] 步驟5、直軸電流給定量idraf= 0與步驟4中得到的反饋量i d(t)作差，得到誤差 信號e (t)，在數(shù)字信號處理器中誤差信號e (t)進(jìn)入PI調(diào)節(jié)器（圖1中PI調(diào)節(jié)器模塊）得 到直軸電流控制量Ud (t)，PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)過程表達(dá)式如下：
[0036] 其中e (t) = idraf_id(t