一种交流电机高精度实时动态转矩预测控制的方法与流程

本发明涉及电气传动控制，具体涉及一种交流电机高精度实时动态转矩预测控制的方法。

背景技术：

1、交流电机具有效率高和节能等特点，在冶金薄板、有色铜箔、造纸纸张、化纤拉丝等多机协同工业过程控制领域获得广泛应用，为满足高性能生产工艺要求，通常采用带编码器的闭环矢量控制模式实现高精度驱动控制性能，同时多机协同作业时张力控制需要用到驱动装置估算的转矩，并且整个系统处于频繁加减速。传统方法进行转矩估算时，通过基于稳态特性模型估算得到，这样导致加减速或负载突变等动态过程中转矩估算不准，进而出现张力不稳甚至发生断带停机故障中断运行，造成生产事故或产品质量缺陷。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种交流电机高精度实时动态转矩预测控制的方法。

2、为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

3、第一方面，本发明实施例公开了一种交流电机高精度实时动态转矩预测控制的方法，包括：

4、s100.采用等效励磁电流计算方法，在交流电机矢量控制系统动态运行过程中，通过励磁电流im、转子时间常数tr、微分算子p得到等效励磁电流imr；

5、s200.采用转子磁链定向角度精确计算方法，通过等效励磁电流imr、转矩电流it、转子时间常数tr、编码器脉冲信号测得速度ωr，计算得到转差频率ωf，基于所述转差频率ωf计算得到转子磁链精确定向角度θe；

6、s300.采用转子磁链定向高精度转矩计算方法，构建负载转矩观测器得到观测转矩te，基于观测转矩te形成滤滤环节和转矩控制前馈环节，得到转矩前馈量tes；

7、s400.将等效励磁电流imr、转子磁链精确定向角度θe、转矩前馈量tes引入交流电机动态矢量控制系统中，实现对交流电机高精度实时动态转矩预测控制。

8、进一步地，s100中，通过励磁电流im、转子时间常数tr、微分算子p得到等效励磁电流imr，具体方法包括：在二相旋转mt轴坐标系下转子磁链定向矢量中，交流电机动态运行过程中，具体计算公式为：

9、

10、其中，im为励磁电流，tr为转子时间常数，p为微分算子。

11、进一步地，s200中，通过等效励磁电流imr、转矩电流it、转子时间常数tr，计算得到转差频率ωf，具体计算公式为：

12、

13、其中，it为转矩电流，tr为转子时间常数，imr为等效励磁电流。

14、进一步地，基于所述转差频率ωf计算得到转子磁链精确定向角度θe，具体方法包括：基于编码器脉冲信号进行速度检测，得到交流电机机械角速度ωr，根据所述机械角速度ωr和转差频率ωf，得到同步速度ωe，对所述同步速度ωe进行积分得到转子磁链精确定向角度θe。

15、进一步地，基于编码器脉冲信号进行速度检测，得到交流电机机械角速度ωr，具体方法包括：基于编码器脉冲信号进行速度检测，获取高频计数脉冲频率fs，编码器信号脉冲计数值mencoder，编码器信号单圈脉冲数值cline，高频脉冲信号计数值ms，电机极对数np，通过m/t法测速得到交流电机机械角速度ωr＝np·fs·mencoder(9.55·cline·ms)。

16、进一步地，根据所述机械角速度ωr和转差频率ωf，得到同步速度ωe，对所述同步速度ωe进行积分得到转子磁链精确定向角度θe，具体方法包括：

17、获取同步速度ωe＝ωr+ωf，则转子磁链定向精确角度θe计算公式为：

18、

19、其中，ωr为机械角速度，ωf为转差频率。

20、进一步地，s300中，所述交流电机瞬时电磁转矩te在二相旋转mt轴坐标系为转子磁链ψr和定子电流转矩分量it的乘积，其计算公式为：

21、

22、其中，交流电机转子磁链定向矢量控制在二相旋转mt轴坐标系下，定义ψm为转子磁链在m轴上的分量，ψt为转子磁链在t轴上的分量，ψr为转子磁链矢量的幅值，lm为等效励磁电感，lr为转子电感，im为定子电流m轴分量，it为定子电流t轴分量，np转子极对数。

23、进一步地，基于观测转矩te形成滤滤环节和转矩控制前馈环节，得到转矩前馈量tes，所述转矩前馈量tes计算公式为其中，te为观测转矩。

24、进一步地，s400中，将等效励磁电流imr、转子磁链精确定向角度θe、转矩前馈量tes引入交流电机动态矢量控制系统中，实现对交流电机高精度实时动态转矩预测控制，具体方法包括：将等效励磁电流imr引入交流电机矢量控制系统励磁电流给定环节，形成等效励磁电流闭环控制环路；转子磁链精确定向角度θe用于矢量控制中二相静止αβ轴坐标系向二相旋转m t轴坐标系变换；转矩前馈量tes引入交流电机矢量控制系统转矩控制环路，实现动态过程中瞬时转矩精确估算及提升转矩控制系统快速响应能力。

25、第二方面，本发明实施例公开了一种电子设备，包括：

26、一个或多个处理器；

27、存储器，用于存储一个或多个程序；

28、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现所述动态转矩预测控制的方法。

29、本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

30、本发明公开的一种交流电机高精度实时动态转矩预测控制的方法，其特征在于，包括：采用等效励磁电流计算方法，通过励磁电流、转子时间常tr、微分算子得到等效励磁电流；采用转子磁链定向角度精确计算方法，通过等效励磁电流、转矩电流、编码器脉冲信号测得速度，计算得到转差频率，基于所述转差频率计算得到转子磁链精确定向角度；采用转子磁链定向高精度转矩计算方法，构建负载转矩观测器得到观测转矩，基于观测转矩形成滤滤环节和转矩控制前馈环节，得到转矩前馈量；将等效励磁电流、转子磁链精确定向角度、转矩前馈量引入交流电机动态矢量控制系统中，实现对交流电机高精度实时动态转矩预测控制。

31、本发明在交流电机高性能转矩控制系统加减速或负载突变等动态运行过程中，可以精准预测当前交流电机的转矩值，实现控制系统动态运行过程中高精度张力控制。

32、本发明在交流电机高速弱磁运行阶段，由于励磁电流大幅度变化导致磁链变化强烈情况下，可保证转矩控制稳定，避免出现电机速度大幅抖动现象，实现系统全范围稳定运行。

33、本发明通过宽调速范围高精度转矩预测，可实现转矩的闭环控制，以及实现精确的转动惯量辨识和加速转矩辨识，提升控制系统响应速度。

34、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种交流电机高精度实时动态转矩预测控制的方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种交流电机高精度实时动态转矩预测控制的方法，其特征在于，s100中，通过励磁电流im、转子时间常数tr、微分算子p得到等效励磁电流imr，具体方法包括：在二相旋转mt轴坐标系下转子磁链定向矢量中，交流电机动态运行过程中，具体计算公式为：

3.如权利要求1所述的一种交流电机高精度实时动态转矩预测控制的方法，其特征在于，s200中，通过等效励磁电流imr、转矩电流it、转子时间常数tr，计算得到转差频率ωf，具体计算公式为：

4.如权利要求1所述的一种交流电机高精度实时动态转矩预测控制的方法，其特征在于，基于所述转差频率ωf计算得到转子磁链精确定向角度θe，具体方法包括：基于编码器脉冲信号进行速度检测，得到交流电机机械角速度ωr，根据所述机械角速度ωr和转差频率ωf，得到同步速度ωe，对所述同步速度ωe进行积分得到转子磁链精确定向角度θe。

5.如权利要求4所述的一种交流电机高精度实时动态转矩预测控制的方法，其特征在于，基于编码器脉冲信号进行速度检测，得到交流电机机械角速度ωr，具体方法包括：基于编码器脉冲信号进行速度检测，获取高频计数脉冲频率fs，编码器信号脉冲计数值mencoder，编码器信号单圈脉冲数值cline，高频脉冲信号计数值ms，电机极对数np，通过m/t法测速得到交流电机机械角速度ωr＝np·fs·mencoder/(9.55·cline·ms)。

6.如权利要求4所述的一种交流电机高精度实时动态转矩预测控制的方法，其特征在于，根据所述机械角速度ωr和转差频率ωf，得到同步速度ωe，对所述同步速度ωe进行积分得到转子磁链精确定向角度θe，具体方法包括：

7.如权利要求1所述的一种交流电机高精度实时动态转矩预测控制的方法，其特征在于，s300中，所述交流电机瞬时电磁转矩te在二相旋转mt轴坐标系为转子磁链ψr和定子电流转矩分量it的乘积，其计算公式为：

8.如权利要求1所述的一种交流电机高精度实时动态转矩预测控制的方法，其特征在于，基于观测转矩te形成滤滤环节和转矩控制前馈环节，得到转矩前馈量tes，所述转矩前馈量tes计算公式为其中，te为观测转矩。

9.如权利要求1所述的一种交流电机高精度实时动态转矩预测控制的方法，其特征在于，s400中，将等效励磁电流imr、转子磁链精确定向角度θe、转矩前馈量tes引入交流电机动态矢量控制系统中，实现对交流电机高精度实时动态转矩预测控制，具体方法包括：将等效励磁电流imr引入交流电机矢量控制系统励磁电流给定环节，形成等效励磁电流闭环控制环路；转子磁链精确定向角度θe用于矢量控制中二相静止αβ轴坐标系向二相旋转mt轴坐标系变换；转矩前馈量tes引入交流电机矢量控制系统转矩控制环路，实现动态过程中瞬时转矩精确估算及提升转矩控制系统快速响应能力。

10.一种电子设备，包括：

技术总结一种交流电机高精度实时动态转矩预测控制的方法，其特征在于，包括：通过励磁电流、转子时间常、微分算子得到等效励磁电流；通过等效励磁电流、转矩电流、转子时间常数、编码器脉冲信号测得速度，计算得到转差频率，基于所述转差频率计算得到转子磁链精确定向角度；构建负载转矩观测器得到观测转矩，基于观测转矩形成滤滤环节和转矩控制前馈环节，得到转矩前馈量；将等效励磁电流、转子磁链精确定向角度、转矩前馈量引入交流电机动态矢量控制系统中，实现对交流电机高精度实时动态转矩预测控制。本发明可以精准预测当前交流电机的转矩值，实现控制系统动态运行过程中高精度张力控制。本发明可保证转矩控制稳定，提升控制系统响应速度。技术研发人员：王傲能受保护的技术使用者：中冶南方（武汉）自动化有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2