一种穿轴式轴带电机并网控制器设计方法技术

本发明专利技术公开了一种穿轴式轴带电机并网控制器设计方法，基于传递函数模型，通过建立任意坐标系下d

【技术实现步骤摘要】
一种穿轴式轴带电机并网控制器设计方法


[0001]本专利技术涉及一种并网控制器滑模控制技术，尤其涉及轴带电机并网滑模控制器设计，属于电机并网控制


技术介绍

[0002]船舶轴带发电系统能够提高主机对能源的利用率，传统穿轴式轴带电机以定转子磁动势为基础，采用矢量控制的方式，使同步旋转坐标系下的M轴与功率绕组磁链方向重合，该种线性控制方式比较复杂，需在控制过程中完成解耦，解耦过程比较复杂，因此动态响应能力差、动态特性差。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是：使电网电压突变时电机功率绕组输出电压响应更快。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供了一种穿轴式轴带电机并网控制器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0005]步骤1、将各定子绕组旋转d
‑
q坐标系以本身旋转磁场同步旋转而建立任意坐标系下d
‑
q穿轴式轴带电机数学模型，该d
‑
q穿轴式轴带电机数学模型的控制绕组输入量为经过变换后的正弦交流量，且保留了转子绕组参数变为常数；再根据坐标变换原理得到双同步速数学模型；
[0006]步骤2、建立空载运行数学模型：
[0007]实现步骤1所建立的双同步速数学模型并网矢量控制，利用磁场定向控制思想，使定子总磁链的方向与M
‑
T同步旋转坐标系中M轴轴线重合，使等效电流分解为激磁电流iM和转矩电流iT，得到磁场定向控制坐标系下定子M
‑
T双同步速数学模型，进而获得电机空载状态下的BDFG空载数学模型；
[0008]步骤3、基于BDFG空载数学模型进行滑模控制器的设计。
[0009]优选地，建立任意坐标系下d
‑
q穿轴式轴带电机数学模型包括以下步骤：
[0010]步骤101、经过简化得到任意d
‑
q坐标系下的磁链和电压方程；
[0011]步骤102、根据坐标变换理论，将总电磁转矩方程变换到d
‑
q同步旋转坐标系；
[0012]步骤103、获得电机机械运动方程；
[0013]步骤104、结合步骤101至步骤104所获得的公式建立所述d
‑
q穿轴式轴带电机数学模型。
[0014]优选地，步骤101中，经过简化得到任意d
‑
q坐标系下的磁链和电压方程如下式所示：
[0015][0016][0017]式中，ψ
spd
表示d轴绕组磁链、ψ
spq
表示q轴绕组磁链、ψ”scd
表示d轴绕组磁链2阶导、ψ”scq
表示q轴绕组磁链2阶导、ψ'
rd
表示d轴转子磁链2阶导、ψ'
rq
表示q轴转子磁链2阶导、L
sp
表示pw绕组功率绕组矩阵、L”sc
表示控制绕组矩阵二阶导数、L'
r
表示转子绕组矩阵、M
pr
表示转子功率矩阵、M”cr
表示转子控制矩阵、i
spd
表示d轴绕组电流、i
spq
表示q轴绕组电流、i”scd
表示d轴绕组电流2阶导、i”scq
表示q轴绕组电流2阶导、i'
rd
表示d轴转子电流、i'
rq
表示q轴转子电流、u
spd
表示d轴绕组电压、u
spq
表示q轴绕组电压、u”scd
表示d轴绕组电压2阶导、u”scq
表示q轴绕组电压2阶导、u'
rd
表示d轴转子电压、u'
rq
表示q轴转子电压、r
sp
表示绕组电阻矩阵、s表示微分算子、ω表示角速度、ω
r
表示转子角速度、ω
sc
表示绕组角速度、r”sc
表示cw绕组电阻2阶导、r'
r
表示转子电阻导数；
[0018]步骤102中，将总电磁转矩方程变换到d
‑
q同步旋转坐标系下并化简得：
[0019][0020]式中，T
c
表示总电磁转矩、T
cmp
表示功率绕组子系统电磁转矩、T
cmc
表示控制绕组子系统电磁转矩、p
sp
表示pw绕组极对数、p
sc
表示cw绕组极对数、i
scq
表示q轴绕组电流、i
scd
表示d轴绕组电流；
[0021]步骤103中，电机机械运动方程为：
[0022]Jsω
r
＝T
l
‑
T
e
‑
fω
r
[0023]式中，J表示转动惯量、T
l
表示电机输入机械转矩、T
e
表示阻转性质电磁转矩、f表示转子摩擦系数；
[0024]步骤104中，由步骤101至步骤103中所记载的公式共同构成任意速两相同步旋转任意d
‑
q坐标系下BDFG动态数学模型。
[0025]优选地，步骤1中，所获得的双同步速数学模型包括电压方程以及磁链方程，表示为：
[0026]电压方程：
[0027][0028][0029][0030]式中，u
pds
表示d轴pw绕组电压、u
pqs
表示q轴pw绕组电压、u
cds
表示d轴cw绕组电压、u
cqs
表示q轴cw绕组电压、u
pdr
表示d轴转子绕组电压、u
pqr
表示q轴转子绕组电压、i
pds
表示d轴pw绕组电流、i
pqs
表示q轴pw绕组电流、i
cds
表示d轴cw绕组电流、i
cqs
表示q轴cw绕组电流、i
pdr
表示d轴转子绕组电流、i
pqr
表示d轴转子绕组电流、ψpds表示d轴pw绕组磁链、ψpqs表示d轴pw绕组磁链、ψ
cds
表示d轴cw绕组磁链、ψ
cqs
表示q轴cw绕组磁链、ψ
pdr
表示d轴转子绕组磁链、ψ
pqr
表示q轴转子绕组磁链、r
sp
表示pw绕组电阻、r
sc
表示cw绕组电阻、r
r
表示转子绕组电阻、s表示微分算子、ω
p
表示d轴角速度、ω
c
表示q轴角速度、ω
s
表示稳态角速度；
[0031]磁链方程：
[0032][0033][0034][0035]式中，ψ
rd
表示d轴转子磁链、ψ
rq
表示q轴转子磁链、L
sp
表示功率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种穿轴式轴带电机并网控制器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将各定子绕组旋转d
‑
q坐标系以本身旋转磁场同步旋转而建立任意坐标系下d
‑
q穿轴式轴带电机数学模型，该d
‑
q穿轴式轴带电机数学模型的控制绕组输入量为经过变换后的正弦交流量，且保留了转子绕组参数变为常数；再根据坐标变换原理得到双同步速数学模型；步骤2、建立空载运行数学模型：实现步骤1所建立的双同步速数学模型并网矢量控制，利用磁场定向控制思想，使定子总磁链的方向与M
‑
T同步旋转坐标系中M轴轴线重合，使等效电流分解为激磁电流iM和转矩电流iT，得到磁场定向控制坐标系下定子M
‑
T双同步速数学模型，进而获得电机空载状态下的BDFG空载数学模型；步骤3、基于BDFG空载数学模型进行滑模控制器的设计。2.如权利要求1所述的一种穿轴式轴带电机并网控制器设计方法，其特征在于，建立任意坐标系下d
‑
q穿轴式轴带电机数学模型包括以下步骤：步骤101、经过简化得到任意d
‑
q坐标系下的磁链和电压方程；步骤102、根据坐标变换理论，将总电磁转矩方程变换到d
‑
q同步旋转坐标系；步骤103、获得电机机械运动方程；步骤104、结合步骤101至步骤104所获得的公式建立所述d
‑
q穿轴式轴带电机数学模型。3.如权利要求2所述的一种穿轴式轴带电机并网控制器设计方法，其特征在于，步骤101中，经过简化得到任意d
‑
q坐标系下的磁链和电压方程如下式所示：q坐标系下的磁链和电压方程如下式所示：式中，ψ
spd
表示d轴绕组磁链、ψ
spq
表示q轴绕组磁链、ψ”scd
表示d轴绕组磁链2阶导、ψ”scq
表示q轴绕组磁链2阶导、ψ'
rd
表示d轴转子磁链2阶导、ψ'
rq
表示q轴转子磁链2阶导、L
sp
表示pw绕组功率绕组矩阵、L”sc
表示控制绕组矩阵二阶导数、L'
r
表示转子绕组矩阵、M
pr
表示转子功率矩阵、M”cr
表示转子控制矩阵、i
spd
表示d轴绕组电流、i
spq
表示q轴绕组电流、i”scd
表示d轴绕组电流2阶导、i”scq
表示q轴绕组电流2阶导、i'
rd
表示d轴转子电流、i'
rq
表示q轴转子电流、u
spd
表示d轴绕组电压、u
spq
表示q轴绕组电压、u”scd
表示d轴绕组电压2阶导、u”scq
表示q轴绕组电压2阶导、u'
rd
表示d轴转子电压、u'
rq
表示q轴转子电压、r
sp
表示绕组电阻矩阵、s表示微分算子、ω表示角速度、ω
r
表示转子角速度、ω
sc
表示绕组角速度、r”sc
表示cw绕组电阻2
阶导、r'
r
表示转子电阻导数；步骤102中，将总电磁转矩方程变换到d
‑
q同步旋转坐标系下并化简得：式中，；T
c
表示总电磁转矩、T
cmp
表示功率绕组子系统电磁转矩、T
cmc
表示控制绕组子系统电磁转矩、p
sp
表示pw绕组极对数、p
sc
表示cw绕组极对数、i
scq
表示q轴绕组电流、i
scd
表示d轴绕组电流；步骤103中，电机机械运动方程为：Jsω
r
＝T
f
‑
T
e
‑
fω
r
式中，J表示转动惯量、T
l
表示电机输入机械转矩、T
e
表示阻转性质电磁转矩、f表示转子摩擦系数；步骤104中，由步骤101至步骤103中所记载的公式共同构成任意速两相同步旋转任意d
‑
q坐标系下BDFG动态数学模型。4.如权利要求3所述的一种穿轴式轴带电机并网控制器设计方法，其特征在于，步骤1中，所获得的双同步速数学模型包括电压方程以及磁链方程，表示为：电压方程：电压方程：电压方程...

【专利技术属性】
技术研发人员：周瑞平，叶飞，毛皇光，饶氏翚，
申请(专利权)人：中船动力研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：