基于模型預(yù)測(cè)控制的三相感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于電機(jī)調(diào)控技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于模型預(yù)測(cè)控制的三相感應(yīng)電機(jī) 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 三相感應(yīng)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域尤其是工業(yè)生產(chǎn)中 得到了廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制方式中速度調(diào)節(jié)器大多采用PI調(diào)節(jié)器，其設(shè) 計(jì)依賴于精確的對(duì)象參數(shù)，抗干擾能力不佳，導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，存在很多諧波， 對(duì)三相感應(yīng)電機(jī)會(huì)造成很大損害。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 為了解決上述【背景技術(shù)】提出的技術(shù)問題，本實(shí)用新型旨在提供基于模型預(yù)測(cè)控制 的三相感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，采用模型預(yù)測(cè)控制與模型預(yù)測(cè)速度調(diào)節(jié)器，能夠有效 抑制三相感應(yīng)電機(jī)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，且抗干擾性能佳。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：
[0005] 基于模型預(yù)測(cè)控制的三相感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，包括模型預(yù)測(cè)控制器、模 型預(yù)測(cè)速度調(diào)節(jié)器、第一~第三比較器、電流電壓檢測(cè)模塊、3/2變換模塊、定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩 觀測(cè)器、轉(zhuǎn)速采集模塊、逆變器和三相感應(yīng)電機(jī)，逆變器的輸出端、轉(zhuǎn)速采集模塊的輸入端 和電流電壓檢測(cè)模塊的輸入端分別連接三相感應(yīng)電機(jī)，轉(zhuǎn)速采集模塊的輸出端連接第一比 較器的負(fù)輸入端，第一比較器的正輸入端輸入給定轉(zhuǎn)速信號(hào)，第一比較器的輸出端連接模 型預(yù)測(cè)速度調(diào)節(jié)器的輸入端，模型預(yù)測(cè)調(diào)節(jié)器的輸出端連接第二比較器的正輸入端，電流 電壓檢測(cè)模塊的輸出端經(jīng)3/2變換模塊與定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的輸入端連接，第二比較 器的負(fù)輸入端和第三比較器的負(fù)輸入端分別連接定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的輸出端，第三比 較器的正輸入端輸入給定磁鏈信號(hào)，第二比較器的輸出端、第三比較器的輸出端以及定子 磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的輸出端分別連接模型預(yù)測(cè)控制器的輸入端，模型預(yù)測(cè)控制器的輸出端 連接逆變器。
[0006] 其中，上述模型預(yù)測(cè)控制器、模型預(yù)測(cè)速度調(diào)節(jié)器、第一~第三比較器、3/2變換模 塊、定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器集成在一片DSP處理器上。
[0007] 其中，上述DSP處理器的型號(hào)為DSP28335。
[0008] 其中，上述轉(zhuǎn)速采集模塊采用光電式轉(zhuǎn)速傳感器。
[0009] 其中，上述逆變器為三相全橋逆變器。
[0010] 采用上述技術(shù)方案帶來的有益效果：
[0011] 與傳統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器相比，本實(shí)用新型采用模型預(yù)測(cè)控制器和模型預(yù)測(cè)速度調(diào)節(jié)器， 通過滾動(dòng)優(yōu)化確定最優(yōu)控制策略，能夠有效抑制穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，且抗干擾性能佳。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 以下將結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0014] 如圖1所示本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，基于模型預(yù)測(cè)控制的三相感應(yīng)電機(jī)直接 轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，包括模型預(yù)測(cè)控制器、模型預(yù)測(cè)速度調(diào)節(jié)器、第一~第三比較器、電流電壓 檢測(cè)模塊、3/2變換模塊、定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器、轉(zhuǎn)速采集模塊、逆變器和三相感應(yīng)電機(jī)， 逆變器的輸出端、轉(zhuǎn)速采集模塊的輸入端和電流電壓檢測(cè)模塊的輸入端分別連接三相感應(yīng) 電機(jī)，轉(zhuǎn)速米集模塊的輸出端連接第一比較器的負(fù)輸入端，第一比較器的正輸入端輸入給 定轉(zhuǎn)速信號(hào)，第一比較器的輸出端連接模型預(yù)測(cè)速度調(diào)節(jié)器的輸入端，模型預(yù)測(cè)調(diào)節(jié)器的 輸出端連接第二比較器的正輸入端，電流電壓檢測(cè)模塊的輸出端經(jīng)3/2變換模塊與定子磁 鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的輸入端連接，第二比較器的負(fù)輸入端和第三比較器的負(fù)輸入端分別連接 定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的輸出端，第三比較器的正輸入端輸入給定磁鏈信號(hào)，第二比較器 的輸出端、第三比較器的輸出端以及定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的輸出端分別連接模型預(yù)測(cè)控 制器的輸入端，模型預(yù)測(cè)控制器的輸出端連接逆變器。
[0015] 在本實(shí)施例中，模型預(yù)測(cè)控制器、模型預(yù)測(cè)速度調(diào)節(jié)器、第一~第三比較器、3/2變 換模塊、定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器集成在一片DSP處理器上。DSP處理器的型號(hào)為DSP28335。
[0016] 電流電壓檢測(cè)模塊采集三相感應(yīng)電機(jī)的定子電流、電壓信號(hào)并送給3/2變換模 塊，3/2變換模塊將電子電流、電壓信號(hào)進(jìn)行坐標(biāo)變換，將電流、電壓信號(hào)從三相a/b/c坐標(biāo) 系轉(zhuǎn)換至兩相靜止坐標(biāo)系，3/2變換模塊轉(zhuǎn)換矩陣為：
[0020] 將轉(zhuǎn)換后的定子電流、電壓信號(hào)送給定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器，定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀 測(cè)器計(jì)算得到實(shí)際定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩：
[0023] 其中，Rs為定子阻抗，η p為極對(duì)數(shù)。
[0024] 將得到的定子磁鏈送給第三比較器與給定磁鏈;^進(jìn)行比較，比較結(jié)果Φ 送給模 型預(yù)測(cè)控制器。轉(zhuǎn)速采集模塊采集三相感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速并送給第一比較器與給定轉(zhuǎn)速進(jìn)行 比較，并將比較結(jié)果輸入模型預(yù)測(cè)速度調(diào)節(jié)器。模型預(yù)測(cè)速度調(diào)節(jié)器的預(yù)測(cè)模型為：
[0025] T*(k) = aT*(k-l)+bT*(k_2)+cA ω
[0026] 其中，f為給定轉(zhuǎn)矩，a，b，c為常量系數(shù)，Δ ω為實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速差。 模型預(yù)測(cè)速度調(diào)節(jié)器與定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的分別將給定轉(zhuǎn)矩和實(shí)際轉(zhuǎn)矩送給第二比 較器進(jìn)行比較，比較結(jié)果TJt給模型預(yù)測(cè)控制器。定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器根據(jù)計(jì)算出的定 子磁鏈計(jì)算磁鏈角度Θ:
[0028] 并將磁鏈角度Θ輸入模型預(yù)測(cè)控制器。模型預(yù)測(cè)控制器對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 最終得到逆變器控制信號(hào)，逆變器根據(jù)該控制信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)三相感應(yīng)電機(jī)。模型 預(yù)測(cè)控制器計(jì)算評(píng)價(jià)性能指標(biāo)』
（λ為0到1之間的小數(shù)），g值越小 則性能最優(yōu)，選擇性能最優(yōu)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈來控制逆變器的狀態(tài)。
[0029] 以上實(shí)施例僅為說明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍，凡是按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本實(shí) 用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于模型預(yù)測(cè)控制的三相感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，其特征在于：包括模型預(yù)測(cè) 控制器、模型預(yù)測(cè)速度調(diào)節(jié)器、第一~第三比較器、電流電壓檢測(cè)模塊、3/2變換模塊、定子 磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器、轉(zhuǎn)速采集模塊、逆變器和三相感應(yīng)電機(jī)，逆變器的輸出端、轉(zhuǎn)速采集模 塊的輸入端和電流電壓檢測(cè)模塊的輸入端分別連接三相感應(yīng)電機(jī)，轉(zhuǎn)速采集模塊的輸出端 連接第一比較器的負(fù)輸入端，第一比較器的正輸入端輸入給定轉(zhuǎn)速信號(hào)，第一比較器的輸 出端連接模型預(yù)測(cè)速度調(diào)節(jié)器的輸入端，模型預(yù)測(cè)調(diào)節(jié)器的輸出端連接第二比較器的正輸 入端，電流電壓檢測(cè)模塊的輸出端經(jīng)3/2變換模塊與定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的輸入端連 接，第二比較器的負(fù)輸入端和第三比較器的負(fù)輸入端分別連接定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的輸 出端，第三比較器的正輸入端輸入給定磁鏈信號(hào)，第二比較器的輸出端、第三比較器的輸出 端以及定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的輸出端分別連接模型預(yù)測(cè)控制器的輸入端，模型預(yù)測(cè)控制 器的輸出端連接逆變器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于模型預(yù)測(cè)控制的三相感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，其特征 在于：所述模型預(yù)測(cè)控制器、模型預(yù)測(cè)速度調(diào)節(jié)器、第一~第三比較器、3/2變換模塊、定子 磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器集成在一片DSP處理器上。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述基于模型預(yù)測(cè)控制的三相感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，其特征 在于：所述DSP處理器的型號(hào)為DSP28335。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于模型預(yù)測(cè)控制的三相感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，其特征 在于：所述轉(zhuǎn)速采集模塊采用光電式轉(zhuǎn)速傳感器。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于模型預(yù)測(cè)控制的三相感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，其特征 在于：所述逆變器為三相全橋逆變器。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了基于模型預(yù)測(cè)控制的三相感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，包括模型預(yù)測(cè)控制器、模型預(yù)測(cè)速度調(diào)節(jié)器、第一～第三比較器、電流電壓檢測(cè)模塊、3/2變換模塊、定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器、轉(zhuǎn)速采集模塊、逆變器和三相感應(yīng)電機(jī)。本實(shí)用新型采用模型預(yù)測(cè)控制器和模型預(yù)測(cè)速度調(diào)節(jié)器，能夠有效抑制穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，且抗干擾性能佳。
【IPC分類】H02P21/13
【公開號(hào)】CN204810188
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520571766
【發(fā)明人】余莉, 謝紅飛, 劉合祥, 劉曉青, 芮元棟, 孫加偉
【申請(qǐng)人】南京信息工程大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年7月31日