一种抽油机用开关磁阻驱动系统的控制方法

摘要

本发明一种抽油机用开关磁阻驱动系统的控制方法，属于电气工程领域。涉及一种抽油机用开关磁阻电机驱动系统的平稳、高效、节能控制方法，特别涉及一种抽油机负载特性的自动辨识方法和基于负载特性的开关磁阻电机的自适应控制方法。其负载转矩切换点检测方法的特征是，不附加任何传感器和电路，而是检测开关磁阻电机自带的位置传感器的脉冲个数，同时对电流检测电路检测到的三相电流进行采样，通过微控制器进行计数和判断。控制系统经过自学，完成抽油机一个冲次中转矩切换点位置的量化后，自动进入负载自适应控制状态，根据抽油机的负载特性，改变转速调节器和电流调节器的PI参数，使开关磁阻电机的输出转矩与抽油机的负载转矩匹配。

主权项

一种抽油机用开关磁阻驱动系统的控制方法，其特征在于，该控制方法是基于抽油机冲程中负载转矩切换点的检测方法和与抽油机负载特性相匹配的开关磁阻电机系统控制方法的结合；(1)对抽油机用开关磁阻驱动系统中的开关磁阻电机进行准确控制抽油机用开关磁阻驱动系统通电运行后，采用不加制动的传统转速、电流双闭环控制，控制系统处于自学习阶段，微控制器根据以下特征判断抽油机负荷曲线中的转矩切换点N0、N1、N2和N3；N0点是一个冲次周期的起始点，N3点是上一个冲次周期的结束点，即为下一个冲次周期的起始点；对于连续冲次周期，N0点和N3点均为起始点；在冲次周期的起始点处，开关磁阻电机转速稳定于给定转速，且控制系统的三相电流均为零；N1点是负载转矩由制动变为拖动的过渡点，当转速调节器和电流调节器的输出均处于递减过程，在N1点处，控制系统的三相电流均为0，从N1点开始，开关磁阻电机转速不受控制地增大；N2点是负载转矩由拖动变为制动的过渡点，当转速调节器和电流调节器的输出均为0，三相电流均为0，在N2点处，开关磁阻电机转速开始回落；位置传感器的三个检测元件E1、E2和E3在开关磁阻电机的一个通电循环内产生6种位置状态，每一次位置状态的改变均触发微处理器的捕获中断，开关磁阻电机转动一周触发的中断脉冲数Int_count为Int_count＝N_r×6     (1)其中，N_r为所用开关磁阻电机的转子极数；抽油机工作时，由开关磁阻电机的输出轴通过皮带传动带动减速箱的皮带轮转动，抽油机在一个冲次周期中触发的中断脉冲数Int_total为$Int\_total=\frac{D_n\times J_n\times Int\_count}{D_m}---\left(2\right)$其中：D_m为电机输出端皮带轮直径，D_n为减速箱皮带轮直径，J_n为减速箱传动比；将N0点作为计数的起点，由微控制器通过其输入捕获口CAP1、CAP2和CAP3对位置信号的中断脉冲进行累计，微控制器自动记录下对应切换点N1点的计数值Num1、对应切换点N2点的计数值Num2和对应切换点N3点的计数值Num3；N3点是一个冲次周期的终点，也是下一个冲次周期的起点，故Num3＝Int_total，即位置信号的脉冲个数累计到Int_total时，抽油机完成了一个冲次周期，微控制器将计数值清零，重新开始累计；微控制器通过对捕获中断的脉冲次数进行计数，当连续三次获得的计数值Num0、Num1、Num2和Num3与学习过程中各自平均值的误差不超过1％时，即完成了对抽油机一个冲次周期中转矩切换点位置的量化，实现对开关磁阻电机的准确控制；(2)控制系统经过自学习，完成抽油机一个冲次周期中转矩切换点位置的量化后，自动进入负载自适应控制状态，根据抽油机的负载特性，改变转速调节器和电流调节器的PI参数，使开关磁阻电机的输出转矩与抽油机的负载转矩匹配；具体方法如下：根据微控制器学习得到的转矩切换点N1、N2和N3对应的计数值Num1、Num2和Num3，将一个冲次周期分为3个区间，并分别施以不同的PI控制参数；将正常运行时转速环的比例参数和积分参数值分别记作K_Pn和K_In，将电流环的比例参数和积分参数值分别记作K_PC和K_IC，不同区间控制参数值的大小由系数q决定；K_Pn、K_In、K_PC、K_IC、q均为常数，其值根据具体工况整定；计数区间Num0～Num1内，转速环的比例参数和积分参数值分别设置为：q×K_Pn、K_In，电流环的比例参数和积分参数分别设置为q×K_PC、K_IC，其中q>1；计数区间Num1～Num2内，抽油机负载为负值，拖动开关磁阻电机运行，使用制动通电逻辑，防止转速超调过多，使用比例项调节转速环，转速环的比例参数和积分参数值分别记作q×K_Pn和0；电流环的比例参数和积分参数值分别记作保持K_PC和K_IC不变；制动过程产生的电能储到电容中，用于下个区间供电；计数区间Num2～Num3内，抽油机负载变化幅度相对区间0～Num1来说较小，减小双闭环比例参数并增大积分参数，此区间使用电动通电逻辑；转速环的比例参数和积分参数设置为K_Pn和q×K_In；电流环的比例参数和积分参数分别设置为K_PC、q×K_IC，其中q>1。