一种感应电机无源性迭代学习转速控制系统及方法与流程

1.本发明涉及控制技术领域，具体涉及一种感应电机无源性迭代学习转速控制系统及方法。


背景技术：

2.由于感应电机具有复杂多变、耦合性强的非线性运行特征，难以采用传统的线性系统控制方法来获得高性能的感应电机转速控制器，转速响应超调大，且跟随性能不佳。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的问题，本发明实施例提供一种感应电机无源性迭代学习转速控制系统及方法，能够至少部分地解决现有技术中存在的问题。
4.一方面，本发明提出一种感应电机无源性迭代学习转速控制系统，包括：
5.包括迭代学习控制模块、无源性控制模块、驱动装置和自适应转速模块，所述驱动装置包括感应电机；
6.所述迭代学习控制模块的输出端与所述无源性控制模块的输入端相连接；
7.所述无源性控制模块的输出端与所述驱动装置的输入端相连接；
8.所述驱动装置的输出端分别与所述无源性控制模块的输入端和所述自适应转速模块的输入端相连接；
9.所述自适应转速模块的输出端分别与所述迭代学习控制模块的输入端和所述无源性控制模块的输入端相连接；
10.所述迭代学习控制模块用于根据期望转速和由所述自适应转速模块输出的估算转速，输出期望转矩；
11.所述无源性控制模块用于根据期望电流值、期望转矩、所述估算转速和由所述驱动装置输出的在dq轴上的定转子测量电流分量值，输出定子电压值；
12.所述驱动装置用于根据所述定子电压值输出在dq轴上的定转子测量电流分量值，以及在dq轴上的转子磁链；
13.所述自适应转速模块用于根据在dq轴上的转子磁链，输出估算转速。
14.其中，所述驱动装置包括svpwm开关信号输出模块、逆变器和3s/2r变换模块；其中：
15.所述svpwm开关信号输出模块的输出端与所述逆变器的输入端相连接；
16.所述逆变器的输出端与所述感应电机的输入端相连接；
17.所述感应电机的输出端与所述3s/2r变换模块的输入端相连接。
18.其中，所述驱动装置通过所述3s/2r变换模块的输出端与所述无源性控制模块的输入端相连接。
19.其中，所述驱动装置通过所述感应电机的输出端与所述自适应转速模块的输入端相连接。
20.其中，所述驱动装置还包括传感器；通过所述传感器采集所述感应电机的三相定转子电流，并输入所述三相定转子电流至所述3s/2r变换模块。
21.其中，所述迭代学习控制模块包括pi调节器和迭代学习控制器；
22.所述pi调节器和所述迭代学习控制器共用相同的输入端和输出端；
23.所述pi调节器用于根据所述估算转速和所述期望转速的首次比较结果，参与期望转矩的首次计算；
24.所述迭代学习控制器用于对转矩进行自动控制。
25.其中，所述迭代学习控制器为pd型迭代学习控制器。
26.其中，所述无源性控制模块包括互相连接的期望电流计算子模块和无源性控制器；
27.所述期望电流计算子模块用于计算期望电流；
28.所述无源性控制器用于根据期望电流对定子电压进行自动控制。
29.其中，所述无源性控制模块通过所述无源性控制器与所述3s/2r变换模块的输出端相连接。
30.一方面，本发明提出一种感应电机无源性迭代学习转速控制方法，包括：
31.根据期望转速和由所述自适应转速模块输出的估算转速，输出期望转矩；
32.根据期望电流值、期望转矩、所述估算转速和由所述驱动装置输出的在dq轴上的定转子测量电流分量值，输出定子电压值；
33.根据所述定子电压值输出在dq轴上的定转子测量电流分量值，以及在dq轴上的转子磁链；
34.根据在dq轴上的转子磁链，输出估算转速。
35.本发明实施例提供的感应电机无源性迭代学习转速控制系统，包括迭代学习控制模块、无源性控制模块、驱动装置和自适应转速模块，所述驱动装置包括感应电机；所述迭代学习控制模块的输出端与所述无源性控制模块的输入端相连接；所述无源性控制模块的输出端与所述驱动装置的输入端相连接；所述驱动装置的输出端分别与所述无源性控制模块的输入端和所述自适应转速模块的输入端相连接；所述自适应转速模块的输出端分别与所述迭代学习控制模块的输入端和所述无源性控制模块的输入端相连接，能够降低转速响应超调，且改善跟随性能，进而提高感应电机控制效果。
36.本发明实施例提供的感应电机无源性迭代学习转速控制方法，包括根据期望转速和由所述自适应转速模块输出的估算转速，输出期望转矩；根据期望电流值、期望转矩、所述估算转速和由所述驱动装置输出的在dq轴上的定转子测量电流分量值，输出定子电压值；根据所述定子电压值输出在dq轴上的定转子测量电流分量值，以及在dq轴上的转子磁链；根据在dq轴上的转子磁链，输出估算转速，能够降低转速响应超调，且改善跟随性能，进而提高感应电机控制效果。
附图说明
37.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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。在附图中：
38.图1是本发明一实施例提供的感应电机无源性迭代学习转速控制系统的结构示意图。
39.图2是本发明另一实施例提供的感应电机无源性迭代学习转速控制系统的结构示意图。
40.图3是本发明另一实施例提供的感应电机无源性迭代学习转速控制系统的结构示意图。
41.图4是本发明另一实施例提供的感应电机无源性迭代学习转速控制系统的结构示意图。
42.图5是本发明另一实施例提供的感应电机无源性迭代学习转速控制系统的结构示意图。
具体实施方式
43.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
44.图1是本发明一实施例提供的感应电机无源性迭代学习转速控制系统的结构示意图，如图1所示，包括迭代学习控制模块1、无源性控制模块2、驱动装置和自适应转速模块6、所述驱动装置包括感应电机7；
45.所述迭代学习控制模块1的输出端与所述无源性控制模块2的输入端相连接；
46.所述无源性控制模块2的输出端与所述驱动装置的输入端相连接；
47.所述驱动装置的输出端分别与所述无源性控制模块2的输入端和所述自适应转速模块6的输入端相连接；
48.所述自适应转速模块6的输出端分别与所述迭代学习控制模块1的输入端和所述无源性控制模块2的输入端相连接；
49.如图2所示，所述迭代学习控制模块1用于根据期望转速ωr′
(t)和由所述自适应转速模块6输出的估算转速输出期望转矩t
e0
；
50.所述无源性控制模块2用于根据期望电流值、期望转矩、所述估算转速和由所述驱动装置输出的在dq轴上的定转子测量电流分量值，输出定子电压值；期望电流值为期望电流计算子模块的输出结果，包括i
sd
′
、i
sq
′
、i
rd
′
、i
rq
′
；分别表示在d轴上的定子期望电流值、在q轴上的定子期望电流值、在d轴上的转子期望电流值、在q轴上的转子期望电流值。
51.在dq轴上的定转子测量电流分量值为3s/2r变换模块5的输出结果，包括i
sd
、i
sq
、i
rd
、i
rq
；分别表示在d轴上的定子测量电流分量值、在q轴上的定子测量电流分量值、在d轴上的转子测量电流分量值、在q轴上的转子测量电流分量值。
52.定子电压值包括u
sd
和u
sq
；分别表示在d轴上的定子电压分量值、在q轴上的定子电压分量值。
53.所述驱动装置用于根据所述定子电压值输出在dq轴上的定转子测量电流分量值，以及在dq轴上的转子磁链；dq轴上的转子磁链包括ψ
rdu
、ψ
rqi
、ψ
rqu
、ψ
rdi
；分别表示在d轴上的
转子电压磁链、在q轴上的转子电流磁链、在q轴上的转子电压磁链、在d轴上的转子电流磁链。
54.所述自适应转速模块6用于根据在dq轴上的转子磁链，输出估算转速。
55.进一步地，如图1和图3所示，所述驱动装置包括svpwm开关信号输出模块3、逆变器4和3s/2r变换模块5；其中：
56.所述svpwm开关信号输出模块3的输出端与所述逆变器4的输入端相连接；
57.所述逆变器4的输出端与所述感应电机7的输入端相连接；
58.所述感应电机7的输出端与所述3s/2r变换模块5的输入端相连接。
59.如图2所示，所述svpwm开关信号输出模块3用于根据定子电压值u
sd
和u
sq
对应的信号输出相应的开关信号，来控制逆变器4中功率开关的通断。
60.所述逆变器4用于将直流电u
dc
转换为交流电ua～uc。从而驱动感应电机7进行运转。
61.所述3s/2r变换模块5用于信号的调理：将感应电机7的三相定转子电流，经过滤波处理，去除干扰的毛刺信号等，得到在dq轴上的定转子测量电流分量值。
62.进一步地，所述驱动装置通过所述3s/2r变换模块5的输出端与所述无源性控制模块2的输入端相连接，实现将在dq轴上的定转子测量电流分量值发送至无源性控制模块2。
63.进一步地，所述驱动装置通过所述感应电机7的输出端与所述自适应转速模块6的输入端相连接，实现将三相定转子电流发送至自适应转速模块6。
64.进一步地，所述驱动装置还包括传感器；通过所述传感器采集所述感应电机的三相定转子电流，并输入所述三相定转子电流至所述3s/2r变换模块5。
65.进一步地，如图4所示，所述迭代学习控制模块1包括pi调节器(对应图4中的pi)和迭代学习控制器；
66.所述pi调节器和所述迭代学习控制器共用相同的输入端和输出端；将首次计算时的计算结果作为所述pi调节器的输入，pi调节器输出结果只参与首次计算，此后pi调节器不再参与后续的迭代计算。
67.将的计算结果作为所述迭代学习控制器的输入，由所述迭代学习控制器进行迭代计算，将满足迭代终止计算时所述迭代学习控制器的输出结果作为期望转矩t
e0
。
68.所述pi调节器用于根据所述估算转速和所述期望转速的首次比较结果，参与期望转矩的首次计算所述迭代学习控制器用于对转矩进行自动控制。具体自动控制方法为本领域常规控制算法，不再赘述。
69.进一步地，所述迭代学习控制器1为pd型迭代学习控制器。
70.进一步地，如图5所示，所述无源性控制模块2包括互相连接的期望电流计算子模块，(对应图5中的期望电流计算)和无源性控制器；
71.所述期望电流计算子模块用于计算期望电流；计算期望电流方法为本领域常规方法，不再赘述。
72.所述无源性控制器用于根据期望电流对定子电压进行自动控制。对定子电压进行自动控制为本领域常规控制方法，不再赘述。
73.进一步地，所述无源性控制模块2通过所述无源性控制器与所述3s/2r变换模块5的输出端相连接，实现通过无源性控制器接收在dq轴上的定转子测量电流分量值。
74.本发明实施例提供的感应电机无源性迭代学习转速控制系统，包括迭代学习控制模块、无源性控制模块、驱动装置和自适应转速模块，所述驱动装置包括感应电机；所述迭代学习控制模块的输出端与所述无源性控制模块的输入端相连接；所述无源性控制模块的输出端与所述驱动装置的输入端相连接；所述驱动装置的输出端分别与所述无源性控制模块的输入端和所述自适应转速模块的输入端相连接；所述自适应转速模块的输出端分别与所述迭代学习控制模块的输入端和所述无源性控制模块的输入端相连接，能够降低转速响应超调，且改善跟随性能，进而提高感应电机控制效果。
75.本发明实施例还提供一种感应电机无源性迭代学习转速控制方法，应用于上述感应电机无源性迭代学习转速控制系统，包括：
76.根据期望转速和由所述自适应转速模块输出的估算转速，输出期望转矩；
77.根据期望电流值、期望转矩、所述估算转速和由所述驱动装置输出的在dq轴上的定转子测量电流分量值，输出定子电压值；
78.根据所述定子电压值输出在dq轴上的定转子测量电流分量值，以及在dq轴上的转子磁链；
79.根据在dq轴上的转子磁链，输出估算转速。
80.其具体说明，可参照上述感应电机无源性迭代学习转速控制系统的实施例说明，此处不再赘述。
81.本发明实施例提供的感应电机无源性迭代学习转速控制方法，包括根据期望转速和由所述自适应转速模块输出的估算转速，输出期望转矩；根据期望电流值、期望转矩、所述估算转速和由所述驱动装置输出的在dq轴上的定转子测量电流分量值，输出定子电压值；根据所述定子电压值输出在dq轴上的定转子测量电流分量值，以及在dq轴上的转子磁链；根据在dq轴上的转子磁链，输出估算转速，能够降低转速响应超调，且改善跟随性能，进而提高感应电机控制效果。
82.一种感应电机无源性迭代学习转速控制方法，包括以下步骤：
83.步骤一、信号的调理：从传感器采集来的感应电机三相定转子电流分量，经过滤波处理，去除干扰的毛刺信号。
84.步骤二、期望电流计算：根据感应电动机矢量控制的转子磁场定向原理，转子磁链ψr在d轴上的分量ψ
rd
渐进的等于ψ
r*
，在q轴上的分量ψ
rq
渐进等于零，即
85.其中，ψr′
是常值，令i
rd
′
＝0可以得到转子电流在d、q上的分量及d-q坐标系旋转角速度ωs，如下所示：
[0086][0087]
lm为定子和转子绕组的等效互感、lr为转子绕组的等效自感、te′
为转矩测量值、n
p
为磁极对数、rr为转子电阻。
[0088]
步骤三、无源控制器：从感应电动机的eluer-lagrange方程入手，将电机控制系统分成两个串联的无源子系统，即电气和机械两个子系统。在保证系统的全局稳定性的情况下，可得无源控制器如下：
[0089][0090]
其中ωr′
与ωr′
(t)对应、rs为定子电阻、ls为定子绕组的等效自感、l
sd
为在d轴上的定子绕组等效自感、l
rd
为在d轴上的转子绕组等效自感。
[0091]
步骤四、自适应转速测量：
[0092]
对转子磁链的d、q轴分量之差进行比例积分运算，从而得到估计的转速值：
[0093][0094]
式中，与对应，ψ
rdu
、ψ
rqu
为电压模型给出的d、q轴转子磁链，ψ
rqi
、ψ
rdi
为电流模型给出的d、q轴转子磁链；k
p2
、k
i2
分别为转速自适应估计的比例增益、积分增益、s表示积分。
[0095]
步骤五、将步骤二至步骤四中的模块在dsp中进行a/d转换及计算。
[0096]
步骤六、将步骤五所得信号输入svpwm，输出响应的开关信号来控制逆变器中功率开关的通断。
[0097]
步骤七、柔化给定输入：
[0098]
对转速阶跃给定值按照柔化表达式进行处理，柔化表达式为：
[0099][0100]
式中，ω
r*
为柔化后的转速给定值；n为当前控制时刻。
[0101]
步骤八、迭代学习控制器：
[0102]
将步骤一至步骤六的模块第一次运行后得到的转速变化量作为pd型迭代控制器的输入，pd型迭代学习控制器的表达式为：
[0103][0104]
式中ui(t)、u
i 1
(t)为系统第i次和第i 1次运行过程中t时刻的输出控制变量；ei(t)为第i次运行过程中t时刻的转速误差；k
p
为比例学习增益，kd为微分学习增益。
[0105]
步骤九、连续迭代运行10次，将步骤二至步骤八的模块在dsp中进行a/d转换及计算。所得信号输入svpwm，输出响应的开关信号来控制逆变器中功率开关的通断。
[0106]
针对感应电机复杂多变的非线性特性，从能量的角度提出一种基于无源性迭代学习感应电机转速控制方法，利用电流误差方程与转速的关系设计转速自适应系统，并且在感应电机无源控制的基础上通过设计pd型迭代学习控制器及柔化给定输入，利用其自学能力来使感应电机的控制性能能够跟随期望给定，进一步提高了系统的鲁棒性。
[0107]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0108]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。