一种电力机器人的驱动控制系统

摘要

本发明公开了一种电力机器人的驱动控制系统，驱动装置采用直接转矩控制系统，本专利采用状态方程来计算定子磁链幅值，同时针对两电平逆变器的不足，本专利提出了一种基于中点钳位式三电平逆变器，最后为了准确获得机器人驱动电机(PMSM)的位置和速度信息，本专利提出了位置递推控制算法来取代位置传感器技术。本专利将状态方程计算磁链幅值法，直接转矩控制系统，中点钳位式三电平逆变器和位置递推控制算法结合在一起，提高了电力机器人新型驱动控制系统装置的性能，并且准确、有效的检测变电站巡视机器人的位置和速度信息。

主权项

一种电力机器人的驱动控制系统，其特征在于：基于直接转矩控制系统，将状态方程计算磁链幅值法、中点钳位式三电平逆变器和位置递推控制算法结合在一起，对电力机器人进行驱动控制，具体为：(1)直接转矩控制系统，直接在定子静止坐标系下建立电机的数学模型，采用双闭环调速结构：首先通过检测驱动电机的定子电流和定子电压，并由位置递推控制算法检测出实际转速w，检测出的定子电流和定子电压依次通过中点钳位式三电平逆变器和3/2变换后，得到在定子静止坐标系下的电流和电压，然后由磁链观测单元和转矩观测单元分别计算出实际磁链和转矩，并对磁链相位进行判断；接着将实际磁链与磁链给定值进行比较得到磁链控制指令，将实际转矩与转矩给定值进行比较得到转矩控制指令，其中转矩给定值是由实际转速w和给定转速w^*经过ASR调节器获得；最后将磁链控制指令、转矩控制指令和磁链相位输入到开关状态选择表，根据对转矩和磁链的要求，选择空间电压矢量，利用开关状态选择表控制中点钳位式三电平逆变器进行工作，以进行驱动电机PMSM的直接转矩控制；(2)磁链观测单元，用于计算磁链幅值和判断磁链相位：运用状态方程计算定子磁链幅值，即实际磁链；使用幅值限定积分器作为确定磁链相位的工具；(3)中点钳位式三电平逆变器：其交流侧每相输出端从中间直流回路得到三种状态的输出电压，分别为正端电压P、负端电压N和零电位0，因此该中点钳位式三电平逆变器共有27中不同的开关组合，每一种开关组合都对应输出一个空间电压矢量；(4)位置递推控制算法：实际转速w采用位置递推算法得到，具体过程为：设定θ_r为驱动电机PMSM的位置角，则：Δθ_r＝θ_r(n)‑θ_r(n‑1)设定R为电枢绕组电阻，L为电枢绕组电感，u_d、u_q、i_d、i_q分别指d、q轴的电压和电流，ψ_s为永磁体的永磁磁链，p是微分因子；则：$\begin{array}{c}{\mathrm{cos\Delta \theta }}_r\left(n\right)={\mathrm{cos\Delta \theta }}_r(n-1)\\ +\frac{T_s}{{\psi }_s}\{u_d(n-1)-{\mathrm{Ri}}_d(n-1)-L\frac{i_d\left(n\right)-i_d(n-1)}{T_s}\}\end{array}$$\begin{array}{c}{\mathrm{sin\Delta \theta }}_r\left(n\right)={\mathrm{sin\Delta \theta }}_r(n-1)\\ +\frac{T_s}{{\psi }_s}\{u_q(n-1)-{\mathrm{Ri}}_q(n-1)-L\frac{i_q\left(n\right)-i_q(n-1)}{T_s}\}\end{array}$其中：n为采样点，T_s为采样时间，因此可以获得Δθ_r(n)：Δθ_r(n)＝tan^‑1(sinΔθ_r(n)/cosΔθ_r(n))据此得到驱动电机PMSM的实际位置角θ_r(n)为：θ_r(n)＝θ_r(n‑1)+Δθ_r(n)对θ_r(n)作时间微分得到实际转速w(t)为：w(t)＝dθ_r/dt将w(t)和给定转速w^*经过ASR调节器得到转矩给定值。