本发明涉及异步电机系统控制，具体为一种公路交通隧道风机双异步电机控制方法及装置。
背景技术：
1、随着人们生活水平的提高和城市化进程的加快，公路隧道的建设和运营也日益重要。为了满足交通运输的需求和社会经济的发展，发展公路隧道风机不仅是国家交通基础设施建设的一部分，也与国家节能环保战略密切相关。公路隧道风机的发展，尤其是在节能环保方面，符合整体目标。
2、公路隧道风机是用于为隧道提供通风和保持空气清新的设备。为了确保风机能够稳定运行并有效地提供通风，需要配备高效的电机控制装置。公路隧道风机通常使用的是异步电机。异步电机具有结构简单、维护成本低、性能稳定等优点，适合于长时间运行且需要稳定输出功率的风机应用。传统的风机控制方法主要采用单个电机或者双电机的同步电机控制方式，但是由于风机在实际运行中会受到风阻、负载不均等因素的影响，单个电机或同步电机控制方式往往难以满足对风机运行的精准控制要求。
3、双异步电机控制方法则利用两个异步电机实现对风机的联合控制，可以有效提高风机的运行稳定性和控制精度，同时也可以提高通风效率和节能效果。双异步电机控制方法通过合理的电机分配和联合控制方式，可以实现风机在不同负载情况下的智能调节，提高了整个隧道通风系统的可靠性和安全性。因此，基于双异步电机的风机控制方法及装置具有重要的应用价值和发展前景，对于提高隧道通风系统的运行效率和节能减排具有重要意义。
4、直接转矩控制方法具有精准控制、动态性能好、高效节能等优点，使用直接转矩控制方法控制公路隧道风机双异步电机可以更精准地调节风机的输出风量，适应隧道内的不同通风需求，同时能更快速地响应不同负载和环境的变化，并且提高了风机的运行效率和节能效果。上世纪八十年代，德国学者m.depenbrock提出直接转矩控制理论。它与矢量控制不同，省掉了复杂的坐标变换和电流闭环，直接对转矩和磁链进行闭环控制。传统的直接转矩控制基于简单的结构、对较少的系统参数以及较快的响应速度，在伺服运动系统、风机控制系统以及电动汽车电机控制等领域受到广泛的应用。直接转矩控制系统中，对定子磁链角构成的磁链圆进行不同的均分可对应系统不同的控制性能，在传统的六扇区直接转矩控制的基础上，基于对磁链圆扇区细分的思想提出了新型十八扇区、十二扇区直接转矩控制方法，其均结合新增的电压矢量配合零矢量，选择最优电压矢量，来改善定子磁链波形和转矩脉动。该扇区细分的思想，虽然通过磁链圆的细分扇区可改善定子磁链波形和转矩脉动，但与此同时会带来复杂的计算判断以及庞大的控制开关矢量表，无疑对程序代码编写的难度和控制器的选型增加了难度。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种公路交通隧道风机双异步电机控制方法及装置，以解决现有技术中双电机控制结构以及控制逻辑判断结构复杂以及算法响应速度缓慢的技术问题。
2、本发明是通过以下技术方案来实现：
3、第一方面，本发明提供了一种公路交通隧道风机双异步电机控制方法，包括如下步骤：
4、步骤1，通过第一三相y绕组异步电机4以及第二三相y绕组异步电机的给定转速ω*与实际转速ω经过速度调节模块后得到速度误差eω，速度误差eω经第一控制单元和第二控制单元输出为给定电流i*；通过定电流i*计算参考转矩
5、步骤2，利用电流传感器检测到第一三相y绕组异步电机以及第二三相y绕组异步电机的三相绕组相电流ia、ib、ic可计算出两相静止坐标系下的电流iα和电流iβ；利用第一三相y绕组异步电机以及第二三相y绕组异步电机的三相绕组相电压ua、三相绕组相电压ub以及三相绕组相电压uc可计算出两相静止坐标系下的电压uα和电压uβ；
6、步骤3，根据电流iα和电流iβ以及电压uα和电压uβ计算出第一三相y绕组异步电机以及第二三相y绕组异步电机的定子磁链以及定子磁链磁链幅值磁链角θψs和电磁转矩
7、步骤4，根据给定的常值参考磁链和步骤3得到的磁链幅值计算出磁链偏差eψ作为第一控制器单元和第二控制器单元的输入，通过第一控制器单元和第二控制器单元得到输出值hf；
8、步骤5，参考转矩和电磁转矩计算出转矩偏差et作为第一控制器单元和第二控制器单元的输入，通过第一控制器单元和第二控制器单元得到输出值ht；
9、步骤6，根据磁链角θψs查询得到扇区的扇区号n，并根据扇区号n和输出值hf以及输出值ht得到五桥臂逆变器的功率开关的两个电压矢量vi，并根据两个电压矢量vi的第三位占空比信号wh1和第三位占空比信号wh2进行与运算后，得到五位逆变器控制信号，将五位逆变器控制信号输入至五桥臂逆变器实现对第一三相y绕组异步电机以及第二三相y绕组异步电机的控制。
10、优选的，第一控制单元包括第一pi-转速环控制器、第一转矩滞环控制器以及第一磁链滞环控制器；所述第二控制单元包括第二pi-转速环控制器、第二转矩滞环控制器以及第二磁链滞环控制器；
11、所述第一pi-转速环控制器和第二pi-转速环控制器分别生成参考转矩和参考转矩参考转矩参考转矩和计算转矩计算转矩相减得到偏差ete1、偏差ete2，将偏差分别输入第一转矩滞环控制器和第二转矩滞环控制器完成调节，输出控制量ht1和控制量ht2；所述第一磁链滞环控制器和第二磁链滞环控制器分别计算参考磁链参考磁链和计算磁链计算磁链的偏差eψs1、偏差eψs2，经第一磁链滞环控制器和第二磁链滞环控制器分别输出控制量hf1和输出控制量hf2。
12、优选的，利用检测的第一三相y绕组异步电机以及第二三相y绕组异步电机的三相定子电流iabc和电压uabc，计算的转矩计算的磁链幅值和定子磁链角θψs都将由磁链和转矩计算单元得到；计算的磁链矢量扇区号n，根据计算的磁链角查表得到。
13、第二方面，本发明还提供了一种公路交通隧道风机双异步电机控制装置，用于实现上述所述的一种公路交通隧道风机双异步电机控制方法，包括第一直接转矩控制系统、第二直接转矩控制系统、五桥臂逆变器、第一三相y绕组异步电机以及第二三相y绕组异步电机，所述第一直接转矩控制系统通过五桥臂逆变器连接至第一三相y绕组异步电机上，所述第二直接转矩控制系统通过五桥臂逆变器连接至第二三相y绕组异步电机；
14、所述第一直接转矩控制系统包括第一控制器单元、第一四扇区开关矢量表以及第一转矩磁链观测器，第一控制器单元的输出端连接至第一四扇区开关矢量表的输入端，第一四扇区开关矢量表的输出端连接至五桥臂逆变器，所述第一转矩磁链观测器的一端连接至第一控制器单元，另一端连接至五桥臂逆变器和第一三相y绕组异步电机之间；
15、所述第二直接转矩控制系统包括第二控制器单元、第二四扇区开关矢量表以及第二转矩磁链观测器，第二控制器单元的输出端连接至第二四扇区开关矢量表的输入端，第二四扇区开关矢量表的输出端连接至五桥臂逆变器，所述第二转矩磁链观测器的一端连接至第二控制器单元，另一端连接至五桥臂逆变器和第二三相y绕组异步电机之间。
16、优选的，第一控制单元包括第一pi-转速环控制器、第一转矩滞环控制器以及第一磁链滞环控制器；所述第一pi-转速环控制器的输出端连接至第一转矩滞环控制器的输入端，所述第一转矩滞环控制器的输出端连接至第一四扇区开关矢量表的输入端，所述第一转矩磁链观测器的输出端包括第一输出端和第二输出端，其中第一输出端连接至第一磁链滞环控制器的输入端，第一磁链滞环控制器的输出端连接至五桥臂逆变器的输入端；所述第二输出端连接至第一pi-转速环控制器和第一转矩滞环控制器之间；所述第一转矩磁链观测器的输入端连接至五桥臂逆变器和第一三相y绕组异步电机之间。
17、优选的，第二控制单元包括第二pi-转速环控制器、第二转矩滞环控制器以及第二磁链滞环控制器；所述第二pi-转速环控制器的输出端连接至第一转矩滞环控制器的输入端，所述第二转矩滞环控制器的输出端连接至第二四扇区开关矢量表的输入端，所述第二转矩磁链观测器的输出端包括第一输出端和第二输出端，其中第一输出端连接至第二磁链滞环控制器的输入端，第二磁链滞环控制器的输出端连接至五桥臂逆变器的输入端；所述第二输出端连接至第二pi-转速环控制器和第二转矩滞环控制器之间；所述第二转矩磁链观测器的输入端连接至五桥臂逆变器和第二三相y绕组异步电机之间。
18、优选的，五桥臂逆变器包括第一逆变器桥臂、第二逆变器桥臂、第三逆变器桥臂、第四逆变器桥臂和第五逆变器桥臂；其中第一逆变器桥臂、第二逆变器桥臂、第三逆变器桥臂与第一三相y绕组异步电机连接，第三逆变器桥臂、第四逆变器桥臂和第五逆变器桥臂与第二三相y绕组异步电机相连，第三逆变器桥臂为第一三相y绕组异步电机和第二三相y绕组异步电机的公共桥臂。
19、进一步的，第一逆变器桥臂包括串联的第一功率开关管和第二功率开关管；第二逆变器桥臂包括串联的第三功率开关管和第四功率开关管；第三逆变器桥臂包括串联的第五功率开关管和第六功率开关管；第四逆变器桥臂包括串联的第七功率开关管和第八功率开关管；第五逆变器桥臂包括串联的第九功率开关管和第十功率开关管。
20、更进一步的，第一功率开关管和第二功率开关管的连接点为第一逆变器桥臂的第一中点；
21、所述第三功率开关管和第四功率开关管的连接点为第二逆变器桥臂的第二中点；
22、所述第五功率开关管和第六功率开关管的连接点为第三逆变器桥臂的第三中点；
23、所述第七功率开关管和第八功率开关管的连接点为第四逆变器桥臂的第四中点；
24、所述第九功率开关管和第十功率开关管的连接点为第五逆变器桥臂的第五中点；
25、所述第一中点、第二中点以及第三中点分别连接第一三相y绕组异步电机；所述第三中点、第四中点以及第五中点分别连接第二三相y绕组异步电机。
26、更进一步的，第一三相y绕组异步电机和第二三相y绕组异步电机分别包括u相绕组、v相绕组以及w相绕组；所述u相绕组、v相绕组以及w相绕组的电角度为120度；其中第一三相y绕组异步电机的u相绕组连接第一中点，v相绕组连接第二中点，w相绕组连接第三中点；第二三相y绕组异步电机的u相绕组连接第五中点，v相绕组连接第四中点，w相绕组连接第三中点。
27、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
28、本发明提供了一种公路交通隧道风机双异步电机控制方法，两个异步电机通过共用一个桥臂实现五桥臂的拓扑结构，开关选择表选择的电压矢量最后一位进行与处理，可实现两个电机的独立控制；并且将六个扇区重新划分为四个扇区，简化了控制开关表，通过查表选择电压矢量，有效避免了传统算法中多次函数三角运算和开方运算，减少了逻辑判断次数。通过四扇区开关矢量控制表便能快速实现精准调制，在保持六扇区直接转矩控制系统的转矩和磁链脉动特性的基础上，极大地简化了直接转矩控制系统的算法结构，减少了算法的执行时间，提高了算法的响应速度。在公路隧道风机控制领域，双电机控制技术可以有效地提高系统的工作效率。
29、本发明还提供了一种公路交通隧道风机双异步电机控制装置，使用双异步电机作为驱动电机，具有一定的优势。异步电机通常具有相对较高的效率，这意味着在给定的输入功率下能够输出更高的机械功率。因此，使用异步电机可以减少能源消耗，使风机更为节能。同时，相对于其他类型的异步电机通常具有较低的制造成本，这使得它们成为经济实惠的选择。这一点对于大规模应用如公路隧道风机来说尤为重要；将空间矢量重新划分为四个扇区，简化了控制开关表，通过查表选择电压矢量，有效避免了传统算法中多次函数三角运算和开方运算，减少了逻辑判断次数。通过四扇区开关矢量控制表便能快速实现精准调制，在保持六扇区直接转矩控制系统的转矩和磁链脉动特性的基础上，极大地简化了直接转矩控制系统的算法结构，减少了算法的执行时间，提高了算法的响应速度。
30、进一步的，直接转矩控制系统包括转速调节器、转矩和磁链观测器、转矩滞环控制器、磁链滞环控制器和开关矢量选择表，使用转速调节器生成参考转矩，采用转矩滞环控制器对参考转矩和计算转矩的偏差完成调节，输出转矩控制量；磁链滞环控制器对参考转矩和计算转矩的偏差完成调节，输出磁链控制量；两滞环控制器的输出控制量和转矩和磁链观测器计算出磁链角所在的扇区号作为开关矢量选择表的输入，通过查询简化后得到开关矢量表的两个电压矢量，对两个电压矢量的第三位与处理后，得到逆变器开关控制信号，进而实现对两个电机的独立控制。
1.一种公路交通隧道风机双异步电机控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种公路交通隧道风机双异步电机控制方法，其特征在于，所述第一控制单元包括第一pi-转速环控制器(11)、第一转矩滞环控制器(12)以及第一磁链滞环控制器(13)；所述第二控制单元包括第二pi-转速环控制器(21)、第二转矩滞环控制器(22)以及第二磁链滞环控制器(23)；
3.根据权利要求1所述的一种公路交通隧道风机双异步电机控制方法，其特征在于，利用检测的第一三相y绕组异步电机(4)以及第二三相y绕组异步电机(5)的三相定子电流iabc和电压uabc，计算的转矩计算的磁链幅值和定子磁链角θψs都将由磁链和转矩计算单元得到；计算的磁链矢量扇区号n，根据计算的磁链角查表得到。
4.一种公路交通隧道风机双异步电机控制装置，用于实现权利要求1-3任一项所述的一种公路交通隧道风机双异步电机控制方法，其特征在于，包括第一直接转矩控制系统(1)、第二直接转矩控制系统(2)、五桥臂逆变器(3)、第一三相y绕组异步电机(4)以及第二三相y绕组异步电机(5)，所述第一直接转矩控制系统(1)通过五桥臂逆变器(3)连接至第一三相y绕组异步电机(4)上，所述第二直接转矩控制系统(2)通过五桥臂逆变器(3)连接至第二三相y绕组异步电机(5)；
5.根据权利要求4所述的一种公路交通隧道风机双异步电机控制装置，其特征在于，所述第一控制单元包括第一pi-转速环控制器(11)、第一转矩滞环控制器(12)以及第一磁链滞环控制器(13)；所述第一pi-转速环控制器(11)的输出端连接至第一转矩滞环控制器(12)的输入端，所述第一转矩滞环控制器(12)的输出端连接至第一四扇区开关矢量表(14)的输入端，所述第一转矩磁链观测器(15)的输出端包括第一输出端和第二输出端，其中第一输出端连接至第一磁链滞环控制器(13)的输入端，第一磁链滞环控制器(13)的输出端连接至五桥臂逆变器(3)的输入端；所述第二输出端连接至第一pi-转速环控制器(11)和第一转矩滞环控制器(12)之间；所述第一转矩磁链观测器(15)的输入端连接至五桥臂逆变器(3)和第一三相y绕组异步电机(4)之间。
6.根据权利要求4所述的一种公路交通隧道风机双异步电机控制装置，其特征在于，所述第二控制单元包括第二pi-转速环控制器(21)、第二转矩滞环控制器(22)以及第二磁链滞环控制器(23)；所述第二pi-转速环控制器(21)的输出端连接至第一转矩滞环控制器(22)的输入端，所述第二转矩滞环控制器(22)的输出端连接至第二四扇区开关矢量表(24)的输入端，所述第二转矩磁链观测器(25)的输出端包括第一输出端和第二输出端，其中第一输出端连接至第二磁链滞环控制器(23)的输入端，第二磁链滞环控制器(23)的输出端连接至五桥臂逆变器(3)的输入端；所述第二输出端连接至第二pi-转速环控制器(21)和第二转矩滞环控制器(22)之间；所述第二转矩磁链观测器(15)的输入端连接至五桥臂逆变器(3)和第二三相y绕组异步电机(5)之间。
7.根据权利要求4所述的一种公路交通隧道风机双异步电机控制装置，其特征在于，所述五桥臂逆变器(5)包括第一逆变器桥臂(l1)、第二逆变器桥臂(l2)、第三逆变器桥臂(l3)、第四逆变器桥臂(l4)和第五逆变器桥臂(l5)；其中第一逆变器桥臂(l1)、第二逆变器桥臂(l2)、第三逆变器桥臂(l3)与第一三相y绕组异步电机(4)连接，第三逆变器桥臂(l3)、第四逆变器桥臂(l4)和第五逆变器桥臂(l5)与第二三相y绕组异步电机(5)相连，第三逆变器桥臂(l3)为第一三相y绕组异步电机(4)和第二三相y绕组异步电机(5)的公共桥臂。
8.根据权利要求7所述的一种公路交通隧道风机双异步电机控制装置，其特征在于，所述第一逆变器桥臂(l1)包括串联的第一功率开关管(t1)和第二功率开关管(t2)；第二逆变器桥臂(l2)包括串联的第三功率开关管(t3)和第四功率开关管(t4)；第三逆变器桥臂(l3)包括串联的第五功率开关管(t5)和第六功率开关管(t6)；第四逆变器桥臂(l4)包括串联的第七功率开关管(t7)和第八功率开关管(t8)；第五逆变器桥臂(l5)包括串联的第九功率开关管(t9)和第十功率开关管(t10)。
9.根据权利要求8所述的一种公路交通隧道风机双异步电机控制装置，其特征在于，所述第一功率开关管(t1)和第二功率开关管(t2)的连接点为第一逆变器桥臂(l1)的第一中点；
10.根据权利要求9所述的一种公路交通隧道风机双异步电机控制装置，其特征在于，所述第一三相y绕组异步电机(4)和第二三相y绕组异步电机(5)分别包括u相绕组、v相绕组以及w相绕组；所述u相绕组、v相绕组以及w相绕组的电角度为120度；其中第一三相y绕组异步电机的u相绕组连接第一中点，v相绕组连接第二中点，w相绕组连接第三中点；第二三相y绕组异步电机(5)的u相绕组连接第五中点，v相绕组连接第四中点，w相绕组连接第三中点。
