一种智能医药货架的输送带用异步电机控制系统的制作方法

1.本发明涉及智能医药物流领域，特别涉及一种智能医药货架的输送带用异步电机控制系统。


背景技术：

2.在智能医药物流领域，通过控制异步电机驱动输送带，实现医药货架上医药货物的运输。这对于输送带的稳定性和精确性提出了严格的要求，因此异步电机的精确控制成为目前研究的重点。
3.就现有技术来看，异步电机的驱动控制方法主要包括电机矢量控制、直接转矩控制、自适应控制、滑模变控制和预测控制5种。其中，直接转矩控制是一种逆变器控制三相异步电机转矩的方式，与矢量控制不同的是，它是直接对被控量转矩进行控制，具有转矩精度高，响应速度快，对电机参数要求不严格的特点，被广泛应用。
4.但在实际工作中，直接转矩控制系统由于缺乏对异步电机电流的控制，控制性能有待改善，同时开关频率不固定，稳定性能差。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，提出了本发明，以便提供一种智能医药货架的输送带用异步电机控制系统，该控制系统采用双闭环控制模式，实现了转矩电流和励磁电流的内环控制，精确控制异步电机的电流，优化了异步电机的控制性能；同时设置占空比设置模块和转矩和磁链观测模块，进一步提高了系统的稳态性能和精确性能，简化了电路结构。
6.在本发明的一个实施例中，提供了一种智能医药货架的输送带用异步电机控制系统，包括：
7.磁链比较器，接收磁链给定值磁链观测值得到磁链误差值
8.磁链pi模块，接收磁链误差值进行pi调节，得到励磁电流给定值id*；
9.励磁电流比较器，接收励磁电流给定值id*、励磁电流测量值id，得到励磁电流误差值ed；
10.d轴滞环模块，接收励磁电流误差值ed，产生d轴调节信号σd；
11.转速比较器，接收异步电机的转速测量值ω、转速给定值ω*，得到转速误差值e
ω
；
12.转速pi模块，接收转速误差值e
ω
，进行pi调节，得到转矩给定值t*；
13.转矩比较器，接收转矩给定值t*、转矩观测值t，得到转矩误差值e
t
；
14.转矩pi模块，接收转矩误差值e
t
，进行pi调节，得到转矩电流给定值iq*；
15.转矩电流比较器，接收转矩电流给定值iq*、转矩电流测量值iq，得到转矩电流误差值eq；
16.q轴滞环模块，接收转矩电流误差值eq，产生q轴调节信号σq；
17.pwm产生模块，用于接收d轴调节信号σd、q轴调节信号σq、磁链观测值产生pwm波，用于控制三相逆变器，驱动智能医药货架的输送带用异步电机。
18.进一步的，所述控制系统还包括转矩和磁链观测模块，用于接收转速测量值ω、转矩电流测量值iq、励磁电流测量值id、定子电压q轴测量值uq，实时计算得到转矩观测值t、磁链观测值
19.进一步的，所述磁链观测值为：
[0020][0021]
其中，ld为d轴等效电感，r为定子电阻。
[0022]
进一步的，所述转矩观测值t为：
[0023][0024]
其中，pn为极对数，lq为q轴等效电感。
[0025]
进一步的，转矩电流测量值iq、励磁电流测量值id、定子电压q轴测量值uq由三相逆变器的三相输出电压测量值和三相输出电流测量值通过clack和park变换得到。
[0026]
进一步的，所述控制系统还包括占空比设置模块，用于接收励磁电流误差值ed、转矩电流误差值eq，产生占空比d；所述pwm产生模块还基于占空比d，产生pwm波。
[0027]
进一步的，所述占空比d为：
[0028][0029]
其中，α、β分别为调节系数。
[0030]
本发明的有益技术效果是：
[0031]
(1)本发明公开了一种智能医药货架的输送带用异步电机控制系统，该控制系统采用双闭环控制模式，利用转矩和磁链外环控制得到转矩电流和励磁电流的给定值，实现转矩电流和励磁电流内环控制，精确控制异步电机的电流，优化了异步电机的控制性能。
[0032]
(2)本发明公开了一种占空比设置模块，仅利用励磁电流、转矩电流的误差值，即可计算得到占空比，实现简单，又能使三相逆变器开关频率固定，提高了系统的稳态性能。
[0033]
(3)本发明公开了一种转矩和磁链观测模块，根据转速测量值ω、转矩电流测量值iq、励磁电流测量值id、定子电压q轴测量值uq就可以精确计算得到转矩观测值t、磁链观测值计算简单，易实现，同时精确性能高。
附图说明
[0034]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]
图1为智能医药货架的输送带用异步电机控制系统框图。
具体实施方式
[0036]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例
中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0037]
本发明提供了一种智能医药货架的输送带用异步电机控制系统，该控制系统采用双闭环控制模式，实现了转矩电流和励磁电流的内环控制，精确控制异步电机的电流，优化了异步电机的控制性能；同时设置占空比设置模块和转矩和磁链观测模块，进一步提高了系统的稳态性能和精确性能，简化了电路结构。
[0038]
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0039]
图1为智能医药货架的输送带用异步电机控制系统框图。如图1所示，所述控制系统包括：
[0040]
转矩和磁链观测模块，用于接收转速测量值ω、转矩电流测量值iq、励磁电流测量值id、定子电压q轴测量值uq，实时计算得到转矩观测值t、磁链观测值
[0041]
磁链比较器，接收磁链给定值磁链观测值对二者进行作差，得到磁链误差值
[0042]
磁链pi模块，接收磁链误差值进行pi调节，得到励磁电流给定值id*；
[0043]
励磁电流比较器，接收励磁电流给定值id*、励磁电流测量值id，对二者进行作差，得到励磁电流误差值ed；
[0044]
d轴滞环模块，接收励磁电流误差值ed，产生d轴调节信号σd；
[0045]
转速比较器，接收异步电机的转速测量值ω、转速给定值ω*，对二者进行作差，得到转速误差值e
ω
；
[0046]
转速pi模块，接收转速误差值e
ω
，进行pi调节，得到转矩给定值t*；
[0047]
转矩比较器，接收转矩给定值t*、转矩观测值t，对二者进行作差，得到转矩误差值e
t
；
[0048]
转矩pi模块，接收转矩误差值e
t
，进行pi调节，得到转矩电流给定值iq*；
[0049]
转矩电流比较器，接收转矩电流给定值iq*、转矩电流测量值iq，对二者进行作差，得到转矩电流误差值eq；
[0050]
q轴滞环模块，接收转矩电流误差值eq，产生q轴调节信号σq；
[0051]
pwm产生模块，用于接收d轴调节信号σd、q轴调节信号σq、磁链观测值和占空比d，产生pwm波，用于控制三相逆变器，驱动智能医药货架的输送带用异步电机。
[0052]
占空比设置模块，用于接收励磁电流误差值ed、转矩电流误差值eq，产生占空比d。
[0053]
在此实施例中，所述控制系统采用双闭环控制模式，利用转矩和磁链外环控制得到转矩电流和励磁电流的给定值，实现转矩电流和励磁电流内环控制，能够对异步电机的电流精确控制，优化了异步电机的控制性能。
[0054]
进一步的，转矩电流测量值iq、励磁电流测量值id、定子电压q轴测量值uq由三相逆变器的三相输出电压测量值和三相输出电流测量值通过clack和park变换得到。
[0055]
进一步的，所述d轴滞环模块的具体计算式为：
[0056][0057]
其中ε为预设定的滞环调节宽度。
[0058]
利用d轴滞环模块和设定的滞环调节宽度ε，通过选择合适的电压矢量即可把励磁电流的波动限制在-ε和 ε之间，实现励磁电流的自控制。
[0059]
进一步的，所述q轴滞环模块的具体计算式为：
[0060][0061]
利用q轴滞环模块和设定的滞环调节宽度ε，通过选择合适的电压矢量即可把转矩电流的波动限制在-ε和 ε之间，实现转矩电流的自控制。
[0062]
进一步的，将电压矢量空间划分为6个扇区，其中第一扇区θ1为-π/6-π/6；第二扇区θ2为π/6-π/2；第三扇区θ3为π/2-5π/6；第四扇区θ4为5π/6-7π/6；第五扇区θ5为7π/6-3π/2；第六扇区θ6为3π/2-11π/6。
[0063]
pwm产生模块根据磁链观测值产生扇区信号θ1-θ6，并根据扇区信号θ1-θ6、d轴调节信号σd、q轴调节信号σq产生pwm波，具体如下表所示：
[0064][0065]
其中，电压空间矢量v1-v8分别为100、110、010、011、001、101、000、111。
[0066]
进一步的，占空比设置模块利用励磁电流、转矩电流的给定值和测量值来设置占空比d：
[0067][0068]
其中，α、β分别为调节系数。
[0069]
在此实施例中，仅利用励磁电流、转矩电流的误差值，即可计算得到占空比，实现简单，又能使三相逆变器开关频率固定，提高了系统的稳态性能。
[0070]
进一步的，根据异步电机数学模型，可以得到：
[0071][0072][0073][0074]
其中，pn为极对数，λd、λq分别为d轴、q轴磁通，ld、lq分别为d轴、q轴等效电感，ud、uq分别为定子电压d轴、q轴测量值，s为微分算子，r为定子电阻。
[0075]
对上述磁通公式和定子电压d轴、q轴测量值公式进行联立，得到：
[0076][0077]
将该公式代入磁通公式，可以得到：
[0078][0079]
对该公式进行仿真后发现，q轴磁通λq对稳定后的磁链观测值并没有贡献，仅能加剧瞬态下磁链观测值的波动，带来磁链误差，因此省略q轴磁通λq，可以化简得到：
[0080][0081]
因此，基于该公式，设置转矩和磁链观测模块接收转速测量值ω、转矩电流测量值iq、励磁电流测量值id、定子电压q轴测量值uq，实时计算得到磁链观测值
[0082]
进一步的，根据前述的转矩公式，设置转矩和磁链观测模块根据磁链观测值计算得到转矩观测值t。
[0083]
在此实施例中，转矩和磁链观测模块能够根据转速测量值ω、转矩电流测量值iq、励磁电流测量值id、定子电压q轴测量值uq就可以精确计算得到转矩观测值t、磁链观测值计算简单，易实现，同时精确性能高。
[0084]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确
列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
[0085]
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。