采用无速度传感器技术的电动变桨距驱动系统及方法

摘要

本发明公开了一种采用无速度传感器技术的电动变桨距驱动系统及方法，采用空间矢量的控制策略，在风机主控制器给予系统变桨电动机的转速w_r*和I_dref取零的前提下，首先要搭建变桨永磁同步电机的数学模型，通过测量实际的变桨永磁同步电机的端电压与电流，通过Clark坐标变换来计算出静止坐标系下的电流，再通过滑模观测器的状态方程计算转子磁通位置θ及转子转速，本发明将无速度传感器技术运用于电动变桨距系统中，不再采用以往的旋转变压器、光电编码器、霍尔传感器等检测元件，降低了系统成本，减少了系统端子间的连线，提高了系统可靠性。

主权项

一种采用无速度传感器技术的电动变桨距驱动系统，其特征在于：该系统包括Clark坐标变换模块、滑模观测模块、第一加法器、第一PI比例积分器、第二加法器、第二PI比例积分器、PARK变换模块、第三PI比例积分器、第三加法器、PARK逆变换模块、SVPWM模块、阶段电压重建模块、不控整流及电压逆变模块，风机输出的三相交流电经过该不控整流输出直流电压，该直流电压连接至该电压逆变模块，该电压逆变模块输出三相交流电，该三相交流电连接至变桨永磁同步电机和电网，测量得到的该变桨永磁同步电机的三相电流(i_A/i_B/i_C)连接至该Clark坐标变换模块，经Clark坐标变换计算出两相静止坐标系下的电流(i_sα/i_sβ)，测量得到的该变桨永磁同步电机的端电压(V_dc)连接至该阶段电压重建模块，在该SVPWM模块生成的PWM脉冲控制下将端电压(V_dc)转换成旋转的三相电压，再转换成两相静止坐标系下的电压(u_sα/u_sβ)，两相静止坐标系下的电流(i_sα/i_sβ)和电压(u_sα/u_sβ)连接至该滑模观测模块；两相静止坐标系下的电流(i_sα/i_sβ)连接至该PARK变换模块，该滑模观测模块计算出转子磁通位置(θ)及转子转速(w_r)，该滑模观测模块计算出的转子磁通位置(θ)连接至该PARK变换模块和该PARK逆变换模块，转子转速(w_r)被送至该第一加法器与一设定的转子转速(w_r*)比较，其差值连接至该第一PI比例积分器，经该第一PI比例积分器比例积分后输出两相旋转坐标q轴电流(i_sqref)，该输出连接至该第二加法器与该PARK变换模块输出的两相旋转坐标q轴电流(i_sq)比较，该两相旋转坐标q轴电流差值连接至该第二PI比例积分器计算出两相旋转坐标q轴电压(u_sqref)，该PARK变换模块在该滑模观测模块计算出的转子磁通位置(θ)和该Clark坐标变换模块计算出的两相静止坐标系下的电流(i_sα/i_sβ)控制下输出两相旋转坐标d轴电流(i_sd)和q轴电流(i_sq)，该两相旋转坐标d轴电流(i_sd)连接至该第三加法器与风机主控制器的设定值(I_dref)比较，其输出连接至该第三PI比例积分器，该第三PI比例积分器输出两相旋转坐标d轴电压(u_sdref)，该两相旋转坐标d轴电压(u_sdref)和q轴电压(u_sqref)及该转子磁通位置θ被连接至该PARK逆变换模块将两相旋转dq坐标下的电压转换为两相静止αβ坐标下的电压，其输出连接至该SVPWM模块产生PWM控制信号，该PWM控制信号连接至该电压逆变模块以将该不控整流输出的直流变换为三相交流输出，一电流传感器串接在该变桨永磁同步电机输入线路上，以获得三相电流至该Clark坐标变换模块，一电压传感器并联在该变桨永磁同步电机输入线路上，以输出该端电压(V_dc)，该Clark坐标变换模块的Clark变换方程为：$\left[\begin{array}{c}{i}_{s\alpha }\\ i_{s\beta }\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& \frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_A\\ i_B\\ i_C\end{array}\right],$该PARK变换模块的Park变换方程为：$\left[\begin{array}{c}{i}_{sd}\\ i_{sq}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}cos\theta & sin\theta \\ -sin\theta & \cos \theta \end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{s\alpha }\\ i_{s\beta }\end{array}\right],$该PARK逆变换模块的Park逆变换方程为：$\left[\begin{array}{c}{u}_{s\alpha ref}\\ u_{s\beta ref}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}cos\theta & -\sin \theta \\ sin\theta & \cos \theta \end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_{sdref}\\ u_{sqref}\end{array}\right],$该滑模观测模块包括磁链/电流观测器、滤波模块以及反电动势测量模块，该磁链/电流观测器的输入连接该Clark坐标变换模块与该阶段电压重建模块，输出连接该滤波模块，该滤波模块输出连接该反电动势测量模块，该反电动势测量模块输出该转子磁通位置(θ)及转子转速(w_r)，该滑模观测模块的状态方程为：$\theta =2\times arctan\frac{E_{s\beta }}{E_S+E_{s\alpha }}+arccos\frac{U^2+E_0^2-{\left(X_S{I}_{s\alpha }\right)}^2}{2{\mathrm{UE}}_0}-\frac{\pi }{2}$转子电角速度计算公式为w_r＝(Ri_sd‑u_sdref)/L_sqi_sqref其中U为线电压，R为电阻，E_s为定子电势定子磁链，E_sα及E_sβ为定子电势在αβ轴分量E₀为空载电势，X_s为电抗。