專利名稱：一種簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制器。特別是涉及一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速，控 制靈活，低成本，不采用流行的以DSP為核心的控制結(jié)構(gòu)，而使用精簡(jiǎn)的數(shù)字、模擬電 路實(shí)現(xiàn)核心控制功能，消除原系統(tǒng)固有的模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間延遲的電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制器。
背景技術(shù)：
對(duì)于當(dāng)代工業(yè)來說，高性能的變速驅(qū)動(dòng)設(shè)備已經(jīng)成為必不可少的一部分。早期，一 般用直流電動(dòng)機(jī)滿足高性能的要求，因?yàn)樗鼈兡軌蛱峁┛焖俚霓D(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速控制性能。但 是由于直流電動(dòng)機(jī)的一些缺點(diǎn)，人們開始研究交流調(diào)速，特別是感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。經(jīng) 過世界各國(guó)研究人員的不懈努力，交流調(diào)速系統(tǒng)的瞬態(tài)轉(zhuǎn)矩輸出性能已經(jīng)有了很大的提 高，基本上接近直流調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)特性。其中一個(gè)里程碑是由Takahashi提出的 直接轉(zhuǎn)矩控制方法。
在直接轉(zhuǎn)矩控制方法中，所有的數(shù)據(jù)處理相關(guān)工作都由具有A/D轉(zhuǎn)換等快速功能單 元的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)來完成。雖然其具有靈活的功能和友好的用戶接口，但是其 控制器的成本也明顯增加，這就限制了直接轉(zhuǎn)矩控制器的推廣。這類基于DSP核心的控 制器另一個(gè)缺點(diǎn)是所有的模擬電流和電壓信號(hào)都要由DSP進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，這樣就不可避 免的產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間延遲，基于DSP設(shè)備的這類典型延遲時(shí)間是100us，這類延遲是DSP 對(duì)輸入的模擬量進(jìn)行處理的固有延遲；另外就是由于對(duì)DSP信道的復(fù)用占用了部分時(shí)間。 延遲時(shí)間的存在，限制了可以獲得的脈寬調(diào)制頻率，進(jìn)而影響逆變器的工作頻率，因此， 相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的工作磁鏈，電流和轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)難以降低到理想的范圍之內(nèi)。為了進(jìn)一步 提高脈寬調(diào)制開關(guān)頻率從而提高系統(tǒng)的工作性能， 一種方法是不惜成本的提高處理器的 性能，讓它的工作速度更快，同時(shí)帶有更多、更快的A/D和D/A轉(zhuǎn)換通道。這無疑對(duì)中 小型企業(yè)來說是不能接受的，對(duì)于該類直接轉(zhuǎn)矩控制器在市場(chǎng)的推廣也是不利的。因此 設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速，控制靈活，低成本的電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制器勢(shì)在必行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速，控制靈活，低成 本，不采用流行的DSP核心控制結(jié)構(gòu)，而使用精簡(jiǎn)的數(shù)字、模擬電路完成主要的控制功 能的電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制器。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制器，包括有三相電壓 源逆變器(1)，其特征在于，還設(shè)置有電流傳感器(2),電壓傳感器(3) ， abc/dq軸坐標(biāo)變換器(4)，通用算數(shù)積分模擬電路(5)，轉(zhuǎn)矩給定輸入(6)，參考磁鏈生成 器(7) ， q軸磁鏈誤差滯環(huán)比較器(8) ， d軸磁鏈誤差滯環(huán)比較器(9)，電壓向量選擇 器(10)，門極驅(qū)動(dòng)器(11)。
所述的參考磁鏈生成器(7)，包括有比例積分器(71)，壓頻變換器(72)，脈沖 計(jì)數(shù)器(73)，參考磁鏈正弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(74)，參考磁鏈余弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(75),參 考磁鏈正弦數(shù)據(jù)數(shù)模變換器(76)和參考磁鏈余弦數(shù)據(jù)數(shù)模變換器(77)。
所述的比例積分器(71)是由通用的比例積分電路構(gòu)成，用于將轉(zhuǎn)矩給定輸入(6) 所設(shè)置參考目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值7^f與實(shí)際計(jì)算轉(zhuǎn)矩7i的誤差進(jìn)行比例積分運(yùn)算，積分結(jié)果送入 壓頻變換器(72)。壓頻變換器(72)接收比例積分器(71)的電壓輸出信號(hào)，并將電 壓信號(hào)線性變換為相應(yīng)的頻率信號(hào)，為脈沖計(jì)數(shù)器(73)提供計(jì)數(shù)用時(shí)鐘脈沖。脈沖計(jì) 數(shù)器(73)采用ll位標(biāo)準(zhǔn)的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器芯片，用于記錄壓頻變換器(72)輸出的脈沖 個(gè)數(shù)，脈沖計(jì)數(shù)器(73)輸出的脈沖計(jì)數(shù)值用于尋址參考磁鏈正弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(74)和 參考磁鏈余弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(75)。
所述的參考磁鏈正弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(74)和參考磁鏈余弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(75)都采用2K 容量的FLASH存儲(chǔ)芯片，為了產(chǎn)生dq軸坐標(biāo)系中的參考磁鏈信號(hào)，可以把dq軸坐標(biāo)系-中的參考磁鏈信號(hào)等效為正弦波和余弦波信號(hào)，并離散化正弦波和余弦波信號(hào)，把離散 值存儲(chǔ)在兩個(gè)獨(dú)立的FLASH存儲(chǔ)器中。當(dāng)參考磁鏈正弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(74)和參考磁鏈余 弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(75)接收到由脈沖計(jì)數(shù)器(73)輸出的ll位脈沖計(jì)數(shù)值即尋址信號(hào)后， 存儲(chǔ)器就把相應(yīng)地址中的數(shù)據(jù)輸出，并分別送到參考磁鏈正弦數(shù)據(jù)數(shù)模變換器(76)和 參考磁鏈余弦數(shù)據(jù)數(shù)模變換器(77)中。
所述的參考磁鏈正弦數(shù)據(jù)數(shù)模變換器(76)和參考磁鏈余弦數(shù)據(jù)數(shù)模變換器(77) 分別接收來自參考磁鏈正弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(74)和參考磁鏈余弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(75)的參考 磁鏈數(shù)字量，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的模擬量，其輸出即為dq軸坐標(biāo)系參考磁鏈值^K和
W(re/ 。
所述的電流傳感器(2)和電壓傳感器(3)，用于檢測(cè)電機(jī)的線電流m和線電
壓t^，A。。并將檢測(cè)數(shù)據(jù)提供給abc/dq軸坐標(biāo)變換器(4)，作為其坐標(biāo)變換的參數(shù)。
abc/dq軸坐標(biāo)變換器(4)，將abc三相坐標(biāo)軸系中線電壓^，^和定子電流d^利
用幅值不變換原理轉(zhuǎn)換成兩相靜止dq軸坐標(biāo)系電壓t^， 和電流^,L 。
所述的通用算數(shù)積分模擬電路(5)由通用的加法、減法、乘法和積分運(yùn)算電路模塊 組成，用于根據(jù)abc/dq軸坐標(biāo)變換器(4)輸出的電壓^，w^和電流^，/必以及定子電阻，
計(jì)算穩(wěn)態(tài)dq軸坐標(biāo)系中的磁鏈值^,，^^ 。
所述的q軸磁鏈誤差滯環(huán)比較器(8)和d軸磁鏈誤差滯環(huán)比較器(9)，用于接收 dq軸坐標(biāo)系中實(shí)際的磁鏈成分與參考的磁鏈成分進(jìn)行比較產(chǎn)生的誤差，兩個(gè)獨(dú)立的滯環(huán)比較器(8)和(9)內(nèi)部分別具有預(yù)先設(shè)置好的滯環(huán)邊界帶A^，A^^，當(dāng)輸入的誤差值
超過邊界帶的上限，比較器的輸出為高電平，意思是實(shí)際的磁鏈需要沿軸向提高。當(dāng)輸 入的誤差值超過邊界帶的下限，比較器的輸出為低電平，說明實(shí)際的磁鏈需要被降低。 兩個(gè)獨(dú)立的滯環(huán)比較器(8)和(9)輸出值送入電壓向量選擇器(10)。
所述的電壓向量選擇器(10)根據(jù)q軸磁鏈誤差滯環(huán)比較器(8)和d軸磁鏈誤差滯 環(huán)比較器(9)的輸出選擇恰當(dāng)?shù)碾妷合蛄克腿腴T極驅(qū)動(dòng)器(11)。門極驅(qū)動(dòng)器(11)根 據(jù)輸入的電壓向量驅(qū)動(dòng)三相電壓源逆變器(1)，使其工作在恰當(dāng)?shù)墓ぷ鞣绞?，?shí)現(xiàn)三相 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(12)的快速直接轉(zhuǎn)矩控制。
本發(fā)明提出了一種簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制器設(shè)計(jì)方案，降低系統(tǒng)成本的同時(shí)可 以獲得更高的脈寬調(diào)制開關(guān)頻率。整個(gè)的控制方案由低成本，通用的離散電子元器件構(gòu) 成，而不用復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備如DSP等。所開發(fā)的簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制器 對(duì)新型直接轉(zhuǎn)矩控制器的設(shè)計(jì)提供了一種新的思路，并有望在低中檔的感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系 統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。


圖1簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制器系統(tǒng)原理圖，-圖2參考磁鏈生成器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖； 圖3空間電壓矢量示意圖 圖4 d軸滯環(huán)比較器邊界帶示意圖 圖5 q軸滯環(huán)比較器邊界帶示意圖
其中
1:三相電壓源逆變器 3:電壓傳感器 5:通用算數(shù)積分模擬電路 7:參考磁鏈生成器 9: d軸磁鏈誤差滯環(huán)比較器 11:門極驅(qū)動(dòng)器 71:比例積分器 73:脈沖計(jì)數(shù)器 75:參考磁鏈余弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 77:參考磁鏈余弦數(shù)據(jù)數(shù)模變換器
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明一種簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制器做出詳細(xì)說明。 如圖1所示，本發(fā)明的一種簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制器，包括有三相電壓源逆變
2:電流傳感器
4: abc/dq軸坐標(biāo)變換器
6:轉(zhuǎn)矩給定輸入
8: q軸磁鏈誤差滯環(huán)比較器
10:電壓向量選擇器 12:三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 72:壓頻變換器 74:參考磁鏈正弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 76:參考磁鏈正弦數(shù)據(jù)數(shù)模變換器器(1)，其特征在于，還設(shè)置有電流傳感器(2)，.電壓傳感器(3) ， abc/dq軸坐標(biāo) 變換器(4),通用算數(shù)積分模擬電路(5)，轉(zhuǎn)矩給定輸入(6)，參考磁鏈生成器(7)， 兩個(gè)獨(dú)立的滯環(huán)比較器(8)和(9)，電壓向量選擇器(10)，門極驅(qū)動(dòng)器(11)。
如圖2所示，所述的參考磁鏈生成器(7)，包括有比例積分器(71)，壓頻變換器 (72)，脈沖計(jì)數(shù)器(73)，參考磁鏈正弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(74)，參考磁鏈余弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器(75)，兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)模(D/A)變換器(76)和(77)。
本發(fā)明的整體工作思路如圖1所示，所述的電流傳感器(2)和電壓傳感器(3)用 于檢測(cè)電機(jī)的線電流^，^，^和線電壓i^，i^。并將檢測(cè)數(shù)據(jù)提供給abc/dq軸坐標(biāo)變換 器(4)作為其坐標(biāo)變換的參數(shù)。利用幅值不變?cè)?，abc/dq軸坐標(biāo)變換器(4)把a(bǔ)bc 三相坐標(biāo)軸系中的線電壓t^,J^和定子電流/。,，/^^轉(zhuǎn)換成兩相靜止dq軸坐標(biāo)系中的電 壓^，w^和電流^，^ 。其中幅值不變換原理如式1和式2所示
<formula>formula see original document page 7</formula>
通用算數(shù)積分模擬電路(5)根據(jù)abc/dq軸坐標(biāo)變換器(4)輸出的電壓^，t^和電 流^,/&以及三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(12)的定子電阻，計(jì)算穩(wěn)態(tài)dq軸坐標(biāo)系中的磁鏈值w,^^， 其原理如式3和式4所示
<formula>formula see original document page 7</formula>
利用dq軸坐標(biāo)系磁鏈的計(jì)算值^、 V^及電流值^、 ^可以計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)矩值。 其方法如式5所示
<formula>formula see original document page 7</formula>
這個(gè)計(jì)算轉(zhuǎn)矩A和轉(zhuǎn)矩給定輸入(6)的參考轉(zhuǎn)矩7kF相比較，其誤差值首先經(jīng)過參 考磁鏈生成器(7)中的比例積分器(71)進(jìn)行計(jì)算，其輸出送給壓頻變換器(72)電路， 以獲得時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘頻率將隨著比例積分器(71)的輸出線性變化。dq軸坐標(biāo)系中的 磁鏈成分可作為正弦和余弦波信號(hào)，正弦和余弦波信號(hào)的峰值將等于電機(jī)磁鏈的額定峰 值。這些信號(hào)的輸出頻率與由壓頻變換器(72)所控制的時(shí)鐘頻率輸出成比例。為了產(chǎn) 生dq軸坐標(biāo)系參考磁鏈信號(hào)，要離散化相應(yīng)的正弦數(shù)據(jù)和余弦數(shù)據(jù)，并把離散值存儲(chǔ)在 兩個(gè)獨(dú)立的2k字節(jié)容量的FLASH存儲(chǔ)器(74)和(75)中，通過脈沖計(jì)數(shù)器(73)尋址，可以把這兩個(gè)存儲(chǔ)芯片內(nèi)相應(yīng)地址中的內(nèi)容輸出，并用兩個(gè)獨(dú)立的D/A變換器(76)和 (77)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，從而生成參考磁鏈^^禾B^一^。實(shí)際的dq軸磁鏈?zhǔn)莇q軸電
壓的時(shí)間積分，如3和4式所示。將實(shí)際計(jì)算值^。 ^和參考值^—^和^j進(jìn)行比
較，基于它們比較產(chǎn)生的誤差，設(shè)計(jì)了電壓向量選擇器(10)，產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)碾妷合蛄浚?通過門極驅(qū)動(dòng)電路(11)使三相電壓源逆變器(1)工作，最終的輸出能夠滿足系統(tǒng)快速 直接轉(zhuǎn)矩控制的需要。
關(guān)于參考磁鏈發(fā)生器(7)的設(shè)計(jì)方案如圖2所示。 一個(gè)完整的dq軸坐標(biāo)系中磁通 的正弦、余弦運(yùn)行周期數(shù)據(jù)的離散值存儲(chǔ)在兩個(gè)獨(dú)立的2k字節(jié)容量的FLASH存儲(chǔ)器(74) 和(75)中。它可以用模為2"的脈沖計(jì)數(shù)器進(jìn)行尋址。隨著每一個(gè)時(shí)鐘輸入到脈沖計(jì)數(shù) 器(73)，脈沖計(jì)數(shù)器(73)輸出的計(jì)數(shù)值即地址字就會(huì)自動(dòng)加1，存儲(chǔ)正弦和余弦值的 存儲(chǔ)器(74)和(75)收到脈沖計(jì)數(shù)器(73)輸出的尋址地址后，會(huì)輸出相應(yīng)地址中的 數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器輸出的正弦和余弦值都是數(shù)字量，要經(jīng)過DA變換器(76)和(77)把它變 成模擬量。最終輸出的dq軸參考磁鏈工作頻率等于壓頻變換器(72)輸出的時(shí)鐘頻率除 以脈沖計(jì)數(shù)器(73)的模即211，在圖2顯示的方案中，脈沖計(jì)數(shù)器(73)的時(shí)鐘來自于 壓頻變換器(72)芯片，該芯片可以隨著輸入電壓的變化，線性的改變頻率。壓頻變換 器(72)的輸入電壓來自于以上提到的比例積分器(71)。為了滿足轉(zhuǎn)矩提升的需要， 比例積分器(71)的輸出也相應(yīng)提升，最終使FLASH存儲(chǔ)器的尋址速度也提高，最終提 高定子參考磁鏈?zhǔn)噶康男D(zhuǎn)速度。如果比例積分器(71)的輸出降低，則磁鏈?zhǔn)噶啃D(zhuǎn) 速度也會(huì)降低。對(duì)DA變換器使用恰當(dāng)?shù)膮⒖茧妷?，參考磁鏈的幅值也可以被控制，使?幅值保持恒定。
關(guān)于電壓向量選擇器(10)的工作策略如圖3顯示，6個(gè)空間電壓矢量沿著假設(shè)的 dq軸坐標(biāo)系間隔60度空間角分布。逆變器的開關(guān)狀態(tài)可以用3個(gè)二進(jìn)制位來說明。三個(gè) 二進(jìn)制位從左到右可以依次定義為abc三相中的開關(guān)器件的狀態(tài)。1表示連接到直流輸入 正極的開關(guān)器件閉合。O表示相應(yīng)的連接到直流輸入負(fù)極的開關(guān)器件閉合。例如當(dāng)逆變 器的開關(guān)狀態(tài)代碼是二進(jìn)制數(shù)據(jù)"100"時(shí)，電壓的空間向量方向是沿著圖3中所示的q 軸，如果電壓空間矢量輸出的相序是abc則電壓空間矢量將以逆時(shí)針的方向移動(dòng)。6個(gè)離 散的空間電壓矢量中的任何一個(gè)都等于直流鏈路的電壓。
開關(guān)策略的選擇是以磁鏈誤差最小為標(biāo)準(zhǔn)。在每個(gè)子扇區(qū)中，選擇相應(yīng)的開關(guān)策略 之前，參考磁鏈和實(shí)際的dq軸磁鏈成分進(jìn)行比較，正如上面所描述的，實(shí)際的磁鏈來源 于實(shí)際的dq軸電壓的積分，并經(jīng)過定子阻抗壓降補(bǔ)償。開關(guān)矢量的選擇算法按照dq軸 磁鏈誤差來設(shè)計(jì)，開關(guān)算法的細(xì)節(jié)由以下給出。
生成的參考dq軸磁鏈和實(shí)際的dq軸磁鏈進(jìn)行比較，誤差送入滯環(huán)比較器，滯環(huán)比較器 的邊界帶分別為A^，A^，如圖4和圖5所示，當(dāng)比較器的輸出為高時(shí)，意思是實(shí)際的
磁鏈需要沿軸向提高。當(dāng)比較器的輸出為低時(shí)，說明實(shí)際的磁鏈需要被降低。使込，2,作為滯環(huán)比較器的dq軸數(shù)字化輸出。要提高d軸磁鏈，則相應(yīng)的使込=1，可以應(yīng)用電壓 矢量II III，他們的開關(guān)狀態(tài)分別是(101)和(001)，相應(yīng)的o^二o要降低d軸磁鏈， 則可以應(yīng)用V和VI電壓矢量，其開關(guān)狀率分別是(010)和(110)。要提高q軸磁鏈，
則相應(yīng)的使Q-i，可以應(yīng)用電壓矢量n， vi，它們的開關(guān)狀態(tài)分別是(ioi)和(no)， 相應(yīng)的0/二o要降低d軸磁鏈，則可以應(yīng)用in和v，其開關(guān)狀態(tài)分別是(ooi)和(oio)， 以上討論的逆變器的6非零向量和另外還包括兩個(gè)零電壓向量，它們可以充分滿足磁鏈 的要求，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的快速直接轉(zhuǎn)矩控制。
權(quán)利要求
1.一種簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制器，包括有三相電壓源逆變器(1)，其特征在于，還設(shè)置有電流傳感器(2)，電壓傳感器(3)，abc/dq軸坐標(biāo)變換器(4)，通用算數(shù)積分模擬電路(5)，轉(zhuǎn)矩給定輸入(6)，參考磁鏈生成器(7)，q軸磁鏈誤差滯環(huán)比較器(8)，d軸磁鏈誤差滯環(huán)比較器(9)，電壓向量選擇器(10)，門極驅(qū)動(dòng)器(11)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制器，其特征在于，所述的 參考磁鏈生成器(7)，包括有比例積分器(71)，壓頻變換器(72)，脈沖計(jì)數(shù)器(73)， 參考磁鏈正弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(74)，參考磁鏈余弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(75)，參考磁鏈正弦數(shù)據(jù) 數(shù)模變換器(76)和參考磁鏈余弦數(shù)據(jù)數(shù)模變換器(77)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)快速直接轉(zhuǎn)矩控制器，其特征在于， 所述的比例積分器(71)是由通用的比例積分電路構(gòu)成，用于將轉(zhuǎn)矩給定輸入(6)所設(shè) 置參考目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值7^F與實(shí)際計(jì)算轉(zhuǎn)矩7;的誤差進(jìn)行比例積分運(yùn)算，積分結(jié)果送入壓頻變換器(72)。壓頻變換器(72)接收比例積分器(71)的電壓輸出信號(hào)，并將電壓信 號(hào)線性變換為相應(yīng)的頻率信號(hào)，為脈沖計(jì)數(shù)器(73)提供計(jì)數(shù)用時(shí)鐘脈沖。脈沖計(jì)數(shù)器 (73)采用11位標(biāo)準(zhǔn)的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器芯片，用于記錄壓頻變換器(72)輸出的脈沖個(gè)數(shù)， 脈沖計(jì)數(shù)器(73)輸出的脈沖計(jì)數(shù)值用于尋址參考磁鏈正弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(74)和參考磁 鏈余弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(75)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)快速直接轉(zhuǎn)矩控制器，其特征在于， 所述的參考磁鏈正弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(74)和參考磁鏈余弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(75)都采用2K容量 的FLASH存儲(chǔ)芯片，為了產(chǎn)生dq軸坐標(biāo)系中的參考磁鏈信號(hào)，可以把dq軸坐標(biāo)系中的 參考磁鏈信號(hào)等效為正弦波和余弦波信號(hào)，并離散化正弦波和余弦波信號(hào)，把離散值存 儲(chǔ)在兩個(gè)獨(dú)立的FLASH存儲(chǔ)器中。當(dāng)參考磁鏈正弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(74)和參考磁鏈余弦數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器(75)接收到由脈沖計(jì)數(shù)器(73)輸出的ll位脈沖計(jì)數(shù)值即尋址信號(hào)后，存儲(chǔ) 器就把相應(yīng)地址中的數(shù)據(jù)輸出，并分別送到參考磁鏈正弦數(shù)據(jù)數(shù)模變換器(76)和參考 磁鏈余弦數(shù)據(jù)數(shù)模變換器(77)中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)快速直接轉(zhuǎn)矩控制器，其特征在于， 所述的參考磁鏈正弦數(shù)據(jù)數(shù)模變換器(76)和參考磁鏈余弦數(shù)據(jù)數(shù)模變換器(77)分別 接收來自參考磁鏈正弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(74)和參考磁鏈余弦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(75)的參考磁鏈 數(shù)字量，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的模擬量，其輸出即為dq軸坐標(biāo)系參考磁鏈值^^和y^ 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)快速直接轉(zhuǎn)矩控制器，其特征在于，所述的電流傳 感器(2)和電壓傳感器(3)，用于檢測(cè)電機(jī)的線電流L，L，L和線電壓^，^。并將檢測(cè)數(shù)據(jù)提供給abc/dq軸坐標(biāo)變換器(4)，作為其坐標(biāo)變換的參數(shù)。abc/dq軸坐標(biāo)變換 器(4)，將abc三相坐標(biāo)軸系中線電壓^，^和定子電流/。,，d利用幅值不變換原理 轉(zhuǎn)換成兩相靜止dq軸坐標(biāo)系電壓^，^和電流^，L 。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)快速直接轉(zhuǎn)矩控制器，其特征在于，所述的通用算數(shù)積分模擬電路(5 )由通用的加法、減法、乘法和積分運(yùn)算電路模塊組成，用于根據(jù)abc/dq 軸坐標(biāo)變換器(4)輸出的電壓^，^和電流^,^以及定子電阻，計(jì)算穩(wěn)態(tài)dq軸坐標(biāo)系中的磁鏈值
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)快速直接轉(zhuǎn)矩控制器，其特征在于，所述的q軸磁 鏈誤差滯環(huán)比較器(8)和d軸磁鏈誤差滯環(huán)比較器(9)，用于接收dq軸坐標(biāo)系中實(shí)際 的磁鏈成分與參考的磁鏈成分進(jìn)行比較產(chǎn)生的誤差，兩個(gè)獨(dú)立的滯環(huán)比較器(8)和(9) 內(nèi)部分別具有預(yù)先設(shè)置好的滯環(huán)邊界帶A^，A^^，當(dāng)輸入的誤差值超過邊界帶的上限，比較器的輸出為高電平，意思是實(shí)際的磁鏈需要沿軸向提高。當(dāng)輸入的誤差值超過邊界 帶的下限，比較器的輸出為低電平，說明實(shí)際的磁鏈需要被降低。兩個(gè)獨(dú)立的滯環(huán)比較 器(8)和(9)輸出值送入電壓向量選擇器(10)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)快速直接轉(zhuǎn)矩控制器，其特征在于，所述的電壓向 量選擇器(10)根據(jù)q軸磁鏈誤差滯環(huán)比較器(8)和d軸磁鏈誤差滯環(huán)比較器(9)的 輸出選擇恰當(dāng)?shù)碾妷合蛄克腿腴T極驅(qū)動(dòng)器(11)。門極驅(qū)動(dòng)器(11)根據(jù)輸入的電壓向 量驅(qū)動(dòng)三相電壓源逆變器(1)，使其工作在恰當(dāng)?shù)墓ぷ鞣绞?，?shí)現(xiàn)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(12) 的快速直接轉(zhuǎn)矩控制。
全文摘要
本發(fā)明公開一種簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制器，包括有三相電壓源逆變器，電流和電壓傳感器，abc/dq軸坐標(biāo)變換器，通用算數(shù)積分模擬電路，轉(zhuǎn)矩給定輸入，參考磁鏈生成器，q軸磁鏈誤差滯環(huán)比較器，d軸磁鏈誤差滯環(huán)比較器，電壓向量選擇器，門極驅(qū)動(dòng)器。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速，控制靈活，成本低，最大優(yōu)點(diǎn)是改變了傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法中以軟件為基礎(chǔ)，以數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為核心的設(shè)計(jì)思路，所以不再是一種基于軟件的控制方案，同時(shí)不再有模數(shù)轉(zhuǎn)換所需要的固有時(shí)間延遲，有效的提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，可以實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的快速轉(zhuǎn)矩控制，也為進(jìn)一步對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制器特性的研究和利用提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。
文檔編號(hào)H02P21/14GK101630939SQ20091007029
公開日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者燕 蔡, 高圣偉 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)