交流电力测功机控制系统的研究.pdf
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1、2 0 1 4年( 第 3 6卷) 第 1 期 汽车工程 Au t o mot i v e En g i ne e r i n g 交流 电力测功机控制系统 的研究 术 2 0 1 4 0 2 5 田颖 , 金振华 , 聂圣芳 , 卢青春 ( 1 北 京交通 大学机械与 电子控制工程 学院, 北京1 0 0 0 4 4; 2 清华大学 , 汽车安全与节能国家重点实验 室, 北京1 0 0 0 8 4) 摘要 搭建了交流电力测功机系统试验台, 采用直接转矩控制技术对异步电机实行转矩和速度控制, 使其 工作在电动和发电两种状态。开发了基于 P X I 的交流测功机控制器 , 在 L a b V I
2、 E W R T软件开发环境下, 采用快速原 型的方法对交流测功机系统稳态控制算法进行 了研究, 实现了 P、 M P、 n M和 M n 4种控制模式的控制功能。 通过试验整定 P I D控制参数, 达到比较理想的控制品质, 各种状态的切换平稳。试验结果表明, 控制器控制效果 良 好, 完全满足发动机台架试验的要求 , 为进一步研究交流测功机动态控制提供 良好基础。 关键词 : 交流 电力测功机 ; 直接转矩控制 ; 控制算法 A S t u d y o n t h e C o n t r o l S y s t e m o f AC D y n a mo me t e r T i a n
3、Yi n g , J i n Z h e n h u a , N i e S h e n g f a n g & L u Qi n g c h u n 1 S c h o o l o fMe c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l C o n t r o l E n g i n e e r i n g ,B e ij i n g J i a o t o n g U n i v e r s i t y , B 4 j i n g 1 0 0 0 4 4 2 T s i n g h u a U n i v e r s i t y , S t a t eK
4、 e yL a b o r a t o r y o fA u t o m o b i le S a f e t y a n dE ner g y , B e ij i n g 1 0 0 0 8 4 A b s t r a c t A t e s t b e n c h f o r A C d y n a mo m e t e r s y s t e m i s b u i l t , a n d t h e d i r e c t t o r q u e c o n t r o l t e c h n i q u e i s a - d o p t e d t o e x e r t t o
5、 r q u e a n d s p e e d c o n t r o l s o v e r a s y n c h r o n o u s mo t o r t o ma k e i t wo r k i n b o t h mo t o r a n d g e n e r a t o r s t a t e s P XI b a s e d AC d y n a mo me t e r c o n t r o l l e r i s d e v e l o p e d,t h e s t e a d y s t a t e c o n t r o l a l g o r i t h m
6、 f o r AC d y n a mo me t e r s y s t e m i s s t u d i e d w i t h r a p i d p r o t o t y p i n g s c h e me i n L a b VI E W RT s o ft wa r e d e v e l o p me n t e n v i r o n me n t ,a n d t h e c o n t r o l f u nc t i o ns o f n P MP n M a nd Mn f o u r c o n t r o l mo d e s a r e r e a l i
7、z e dTh e PI D c o n t r o l pa r a me t e r s a r e d e t e r mi n e d b y t e s t a n d a n i d e a l c o n t r o l q u a l i t y i s a t t a i n e d wi t h a l l s t a t e s s wi t c h e d s mo o t h l y T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e c o n - t r o l l e r h a s g o o d e f f e
8、 c t s ,c o mp l e t e l y me e t i n g t h e r e q u i r e me n t s o f e n g i n e b e n c h t e s t a n d p r o v i d i n g a s o u n d f o u n d a t i o n for f u r t h e r s t u d y o n d y n a mi c c o n t r o l o f AC d y n a mo me t e r Ke y wo r d s :AC d y n a mo me t e r ;d i r e c t t o
9、r q u e c o n t r o l ;c o n t r o l a l g o r i t h m 刖 舌 测功机是电机性能测试 台、 机械传 动试验 台和 发动机性能测试台等试验装置中的核心设备。交流 电力测功机是使用三相交流发电机作为加载设备, 异步电机由变频器提供可变频率的驱动电源, 并精 确控制其转矩和转速。与其它测功机相 比, 交 流测 功机具有功率容易控制、 转矩和转速控制精度高、 动 态响应时间短、 结构灵活多样、 高效节能和可靠性高 等特点。在发动机台架或电机测试应用中, 交流测 功机系统 中的 目标 电机的转矩和转速是其主要的控 制对象和测量参数 , 本文 中交流测
10、功机系统 中 目标 电机 的控制采用直接转矩控制变频技术。 1 直接转矩控制 直接转矩控制是将给定的电磁转矩与电机的实 际转矩相比较, 经过简单的滞环控制, 得到转矩的控 制信号, 然后, 结合定子磁链控制信号, 选择合适的 定子电压空间矢量, 从而使异步电机的电磁转矩快 速跟踪给定转矩 , 实现转矩 的直接控制。在控制转 中央高校基本科研业务费专项基金( 2 0 1 3 J B M 0 7 6 ) 资助。 原稿收到13 期为2 0 1 1 年 1 2 月 1 9日, 修改稿收到 E t 期为 2 0 1 2 年 5 月 1 1日。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o
11、m 1 2 6 汽车工程 2 0 1 4年( 第 3 6卷) 第 1期 矩的同时 , 也实现了磁链的控制 , 保证定子磁链在误 差规定的范围变化。整个控制系统包括磁链控制和 转矩控制两部分 。 1 1 磁链控制 直接转矩控制首先要准确获得定子磁链 , 因为 在控制过程中, 需要根据观测到的磁链幅值与磁链 的给定值进行比较, 得到磁链的控制信号, 然后根据 磁链所处的位置来确定逆变器 的开关状态 。同时 , 电磁转矩也根据磁链与定子电流计算得到。可见磁 链观测 的好坏直接影响到整个控制系统的性能。 定子磁链 的 模型可以表示为 r = f ( U 一i s R 。 ) d t J 在两相静止坐标
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