一种基于能量优化的永磁电机控制装置和方法

摘要

一种基于能量优化的永磁电机控制装置和方法，装置包括综合管理与调度单元、PWM整流单元和逆变控制单元；其中PWM整流单元包括控制器，此外，所述的PWM整流单元还包括功率变换电路，为三相四桥臂拓扑结构，用于控制零序电流，对电网输入电压进行补偿，消除电网中含有的不对称电流。本发明装置有效地抑制了电网的不平衡，同时提高了功率因数，确保整流电路的正常运行；逆变单元采用基于能量优化的模糊PI控制算法，实现了能量最优控制，减少了能量损失，节约了能量。

主权项

一种基于能量优化的永磁电机控制方法，该方法所采用的装置包括综合管理与调度单元、PWM整流单元和逆变控制单元；所述的PWM整流单元包括控制器，所述的PWM整流单元还包括功率变换电路，是用于控制零序电流，对电网输入电压进行补偿，消除电网中含有的不对称电流，抑制电网的不平衡的电路；所述的功率变换电路，为三相四桥臂拓扑结构，每个桥臂由上桥臂和下桥臂串联组成，所述的上桥臂和下桥臂都由开关管和二极管并联构成，第一桥臂的上桥臂与下桥臂的连接点与输入电压A相连接，第二桥臂的上桥臂与下桥臂的连接点与输入电压B相连接，第三桥臂的上桥臂与下桥臂的连接点与输入电压C相连接；第四桥臂的上桥臂与下桥臂的连接点与输入电压G相连接；四个桥臂彼此并联后，再与一个滤波电容并联；其特征在于：包括以下步骤：步骤1：确定基于能量优化的永磁电机控制系统的PI调节参数；步骤1‑1：获得通过电机速度检测装置反馈回来的速度信号和永磁同步电机速度给定值作差值运算，然后通过能量方程得到能量偏差和能量偏差变化率；所述能量方程为式中，E为能量偏差，E_c为能量偏差变化率，A为数学符号，表示正号或负号，ω_r为电机转速，ω_r*为速度给定值，t为时间；步骤1‑2：确定模糊PI控制器输入变量和输出变量的论域、模糊子集和隶属函数；步骤1‑3：制定模糊规则，根据模糊规则的合成法则，得到模糊控制查询表；步骤1‑4：能量偏差变量和能量偏差变化率分别乘以模糊化量化因子K_e、K_c，得到量化后的能量偏差变量与能量偏差变化率，然后通过查询模糊控制查询表得到未解模糊的模糊PI参数修正值ΔK′_P、ΔK′_I，最后通过去模糊化，确定最终的模糊PI调节器参数修正值ΔK_P、ΔK_I；步骤1‑5：根据模糊PI调节器参数修正值ΔK_P、ΔK_I，可得到模糊PI调节器的参数K_P、K_I；步骤2：对基于能量优化的永磁电机控制系统的电机转速进行控制；步骤2‑1：码盘反馈的速度值与速度给定值做差值运算，经模糊PI调节器，输出作为q轴电流的给定值；设定q轴为有功轴，d轴为无功轴，则取0为d轴电流的给定值；步骤2‑2：d轴、q轴电流给定值分别与反馈电流在d轴、q轴的分量作差值运算得到d轴、q轴的电流偏差值，其中反馈电流在d轴、q轴的分量是由三相电流I_a、I_b、I_c经Clark变换和Park变换得到的，d轴、q轴的电流偏差值分别经过电流调节器调节输出d轴、q轴的电压分量，作为调制信号，触发逆变桥臂上的开关管的开通或关断，输出三相电压最终控制电机转速。