一種基于無差拍的永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于無差拍的永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，在一個控制周期內(nèi)同時精確補(bǔ)償了給定磁鏈幅值與實際磁鏈幅值、給定轉(zhuǎn)矩幅值與實際轉(zhuǎn)矩幅值的誤差，實現(xiàn)了磁鏈與轉(zhuǎn)矩的無差拍控制，同時將空間電壓矢量調(diào)制方法引入控制系統(tǒng)，使得開關(guān)頻率恒定。本發(fā)明控制方法能夠較好地提升系統(tǒng)性能，該方法可以明顯降低磁鏈與轉(zhuǎn)矩脈動，并且轉(zhuǎn)矩的動態(tài)響應(yīng)速度與傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制方案相當(dāng)，基本保持了直接轉(zhuǎn)矩方法具有結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點?！緦＠f明】一種基于無差拍的永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法【【
技術(shù)領(lǐng)域：
】】[0001]本發(fā)明涉及電機(jī)控制【
技術(shù)領(lǐng)域：
】，特別涉及一種永磁同步電機(jī)的控制方法?！尽?br>背景技術(shù)：
】】[0002]傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中根據(jù)轉(zhuǎn)矩、磁鏈兩個滯環(huán)控制器輸出以及定子磁鏈的位置所在區(qū)域，從開關(guān)表中選擇合適的電壓空間矢量對電機(jī)轉(zhuǎn)矩、磁鏈進(jìn)行控制。但所能選擇的電壓空間矢量是有限的，而且開關(guān)表中對電壓空間矢量的選擇也是比較粗略的，因此會帶來轉(zhuǎn)矩與磁鏈的脈動大的問題。而且由于只是對電壓空間矢量進(jìn)行選擇，而沒有利用空間電壓調(diào)制的方式，會導(dǎo)致開關(guān)頻率的不恒定，不利于系統(tǒng)中逆變器的硬件設(shè)計。[0003]目前，針對傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩與磁鏈脈動大的問題已有多種改進(jìn)型直接轉(zhuǎn)矩控制方案，歸納起來可分為四類方案:[0004]I)采用改進(jìn)的開關(guān)表[0005]請參閱圖1所示，文獻(xiàn)[1-5]通過將矢量平面細(xì)分為12個扇區(qū)并采用改進(jìn)的空間電壓矢量開關(guān)表的方法來選擇最合適的電壓矢量進(jìn)而得到更準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)矩、磁鏈控制。[0006]請參閱圖2所示，文獻(xiàn)[6-10]引入了模糊邏輯控制器對空間電壓矢量的選擇條件做了細(xì)化。利用模糊推理將定子磁鏈誤差、轉(zhuǎn)矩誤差和磁鏈角度進(jìn)行了合理的模糊分級，從而使電壓空間矢量的選擇更準(zhǔn)確。但在線模糊推理的計算工作量大，難以實時控制。[0007]請參閱圖3所示，文獻(xiàn)[11-13]提出了基于區(qū)域電壓矢量表的永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩預(yù)測控制，根據(jù)電機(jī)模型，推導(dǎo)出在每個區(qū)域內(nèi)電壓矢量的預(yù)測控制角，在每個控制周期內(nèi)插入零矢量實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的預(yù)測控制。[0008]這些方法減小了轉(zhuǎn)矩與磁鏈的脈動，但由于控制算法依然建立在對有限的8個電壓空間矢量進(jìn)行選擇的基礎(chǔ)上，不能保證開關(guān)頻率的恒定。[0009]2)引入了多電平逆變器[0010]請參閱圖4(a)_圖4(C)所示，文獻(xiàn)[14_18]引入了多電平逆變器以增加可選電壓空間矢量的數(shù)量，減小了轉(zhuǎn)矩與磁鏈的脈動，但需更多開關(guān)器件，使系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性增加。[0011]3)空間電壓矢量調(diào)制(SVM)的直接轉(zhuǎn)矩控制[0012]請參閱圖5所示，利用空間電壓矢量的調(diào)制技術(shù)可獲得更多的、連續(xù)變化的電壓空間矢量，進(jìn)而實現(xiàn)對電機(jī)磁鏈、轉(zhuǎn)矩更準(zhǔn)確的控制。根據(jù)這種調(diào)制控制思想，文獻(xiàn)[19-23]提出了基于空間矢量調(diào)制的方法直接轉(zhuǎn)矩方案，這些方案有效地降低了轉(zhuǎn)矩脈動，并使開關(guān)頻率恒定。但由于比例積分(PI)控制器被應(yīng)用于轉(zhuǎn)矩控制回路中，PI控制器參數(shù)對電機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載變化敏感，PI控制器本身具有相位滯后效應(yīng)使轉(zhuǎn)矩的動態(tài)響應(yīng)變慢。[0013]4)滑模變結(jié)構(gòu)的直接轉(zhuǎn)矩控制[0014]請參閱圖6所示，文獻(xiàn)[24-28]將滑模變結(jié)構(gòu)控制策略引入永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中用轉(zhuǎn)矩和磁鏈兩個滑模控制器來替代傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制中的兩個滯環(huán)調(diào)節(jié)器，其輸出通過空間電壓矢量調(diào)制保證了逆變器開關(guān)頻率恒定。但在滑模切換時存在高頻振動問題，使系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。[0015]傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中根據(jù)轉(zhuǎn)矩、磁鏈兩個滯環(huán)控制器輸出以及定子磁鏈的位置所在區(qū)域，從開關(guān)表中選擇合適的電壓空間矢量對電機(jī)轉(zhuǎn)矩、磁鏈進(jìn)行控制。但所能選擇的電壓空間矢量是有限的，而且開關(guān)表中對電壓空間矢量的選擇也是比較粗略的，因此會帶來轉(zhuǎn)矩與磁鏈的脈動大的問題。而且由于只是對電壓空間矢量進(jìn)行選擇，而沒有利用空間電壓調(diào)制的方式，會導(dǎo)致開關(guān)頻率的不恒定，不利于系統(tǒng)中逆變器的硬件設(shè)計。[0016][I]李耀華，劉衛(wèi)國.永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制不合理轉(zhuǎn)矩脈動抑制研究[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007,25(5):667-671.[0017][2]PavithraS,SivaprakasamA,ManigandanT.PerformanceImprovementofDTCforInductionMotorwithl2-SectorMethodology[C].PACCj2011，2011，Page(s):1-5.[0018][3]YaohuaLi,GerlingD.VoltagevectorselectionstrategyfortheinteriorPMSMDTCsystem[C].EPE’2011,2011,Page(s):1-9.[0019][4]王曉磊，趙克友，崔培良.永磁同步電機(jī)定子磁鏈?zhǔn)^(qū)間直接轉(zhuǎn)矩控制[J].青島大學(xué)學(xué)報，2006，21(4):66-69.[0020][5]YaohuaLi,GerlingD,WeiguoLiu.Anovelswitchingtableusingzerovoltagevectorsfordirecttorquecontrolinpermanentmagnetsynchronousmotor[C].ICEM’2008，2008，Page(s):1-6.[0021][6]孫丹，賀益康，智大為.基于模糊邏輯的永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制[J].電工技術(shù)學(xué)報，2003，18(I):33-38.[0022][7]劉軍，劉丁，吳浦升等.基于模糊控制調(diào)節(jié)電壓矢量作用時間策略的永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制仿真研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報2004，24(10):148—152.[0023][8]DanSun,YikangHe,JianGuoZhu.Fuzzylogicdirecttorquecontrolforpermanentmagnetsynchronousmotors[C].WCICAj2004,2004,Page(s):4401-4405,Vol.5.[0024][9]SolimanH,ElbulukME.1mprovingtheTorqueRippleinDTCofPMSMUsingFuzzyLogic[C].IAS，08，2008，Page(s):1-8.[0025][10]RezaeiMM,MirsalimM,MalekianK.1mproveddirecttorquecontrolforinductionmachinedrivesusingfuzzylogicandparticleswarmoptimization[C].EPE-PEMCJ2008,2008,Page(s):1123-1127.[0026][11]張猛，肖曦，李永東.基于區(qū)域電壓矢量表的永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩預(yù)測控制[J].清華大學(xué)學(xué)報，2008，48(I):1-4.[0027][12]胡虎，李永東.基于區(qū)域電壓矢量表的交流異步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩預(yù)測控制策略研究[J].電工技術(shù)學(xué)報，2004,19(2):25-30.[0028][13]HuHu,YongdongL1.Predictivedirecttorquecontrolstrategiesofinductionmotorbasedonareavoltagevectorstable[C].IEC0N’03，Page(s):2684-2689,Vol.3.[0029][14]駱光照，李斐，楊南方等.三電平逆變器供電永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制研究[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，30(I):22-26.[0030][15]劉述喜，王明渝.基于快速空間矢量調(diào)制算法的三電平直接轉(zhuǎn)矩預(yù)測控制系統(tǒng)[J].電工技術(shù)學(xué)報，2009，24(2):35-41.[0031][16]KyoBeumLee,JoongHoSong,IckChoyjetal.TorqueripplereductioninDTCofinductionmotordrivenbythree-levelinverterwithlowswitchingfrequency[J].1EEETransactionsonPowerElectronics,2002,17(2):255-264.[0032][17]KyoBeumLee,JoongHoSong,ChoyI，etal.1mprovementoflow-speedoperationperformanceofDTCforthree-levelinverter-fedinductionmotors[J].1EEETransactionsonIndustrialElectronics,2001,48(5):1006-1014.[0033][18]EscalanteMFjVannierJCjArzandeA.FlyingcapacitormultilevelinvertersandDTCmotordriveapplications[J].1EEETransactionsonIndustrialElectronics,2002，49(4):809-815.[0034][19]LixinTang，LiminZhong，RahmanMF.Anoveldirecttorquecontrolledinteriorpermanentmagnetsynchronousmachinedrivewithlowrippleinfluxandtorqueandfixedswitchingfrequency[J].1EEETransactionsonPowerElectronics,2004，19(2):346-354.[0035][20]劉軍，楚小剛，白華煜.基于參考磁鏈電壓空間矢量調(diào)制策略的永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制研究[J].電工技術(shù)學(xué)報，2005,20(6):11-15.[0036][21]史涔微，邱建琪，金孟加等.永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法的比較研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2005，25(16):141-146.[0037][22]TangLjZhongL，RahmanMF，etal.Anoveldirecttorquecontrolschemeforinteriorpermane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發(fā)明內(nèi)容】】[0044]本發(fā)明的目的在于提供一種基于無差拍的永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，以解決現(xiàn)有控制方法帶來轉(zhuǎn)矩與磁鏈的脈動大、開關(guān)頻率不恒定的問題。[0045]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:[0046]—種基于無差拍的永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，包括以下步驟:[0047]I)、k-Ι時刻，三相電流檢測單元檢測的兩相電流ia、ib輸入三相靜止到兩相靜止坐標(biāo)變換單元，經(jīng)3/2坐標(biāo)變換得到靜止兩相坐標(biāo)系下的ia、ie電流；由直流母線電壓檢測單元檢測的母線電壓Udc和逆變器開關(guān)狀態(tài)SA、SB、Sc輸入定子電壓計算模塊構(gòu)成三相電壓ua、ub、u。，并進(jìn)行3/2坐標(biāo)變換得到靜止兩相坐標(biāo)系下的電壓ua、U0;[0048]2)、磁鏈與轉(zhuǎn)矩估算器根據(jù)輸入的電流ia、ie，電壓ua、ue，以及PMSM轉(zhuǎn)子的初始位置Grt決定的定子磁鏈初始值計算得到實際轉(zhuǎn)矩幅值I；、定子實際磁鏈幅值IVsU定子實際磁鏈位置Qs、實際定子磁鏈?zhǔn)噶縑s;[0049]3)、定子參考磁鏈?zhǔn)噶坑嬎闫鞲鶕?jù)定子實際磁鏈幅值IVs1、實際轉(zhuǎn)矩幅值Te應(yīng)用公式(7)計算出k-Ι時刻實際轉(zhuǎn)矩角δ(k-Ι);根據(jù)定子參考磁鏈幅值IΨ3、參考轉(zhuǎn)矩幅值<應(yīng)用公式(7)計算出k時刻參考轉(zhuǎn)矩角δ*(10;參考轉(zhuǎn)矩角δ*(10與仏-1)1；相加后減去實際轉(zhuǎn)矩角S(k-Ι)，得到k時刻定子參考磁鏈?zhǔn)噶?lt;(幻與k-ι時刻定子實際磁鏈?zhǔn)噶縑s(k-1)之間的角度差值ΛS*(k);角度差值ΛS*(k)與k一I時刻定子磁鏈?zhǔn)噶繉嶋H的位置角es(k-1)相加，得到k時刻定子參考磁鏈?zhǔn)噶康奈恢媒?lt;(幻；k時刻定子參考磁鏈?zhǔn)噶康奈恢媒恰?)和參考定子磁鏈幅值IΨ3通過公式(3)計算，得到k時刻參考定子磁鏈?zhǔn)噶?【權(quán)利要求】1.一種基于無差拍的永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，包括以下步驟:1)、k-1時刻，三相電流檢測單元檢測的兩相電流ia、ib輸入三相靜止到兩相靜止坐標(biāo)變換單元，經(jīng)3/2坐標(biāo)變換得到靜止兩相坐標(biāo)系下的ia、ie電流；由直流母線電壓檢測單元檢測的母線電壓Udc和逆變器開關(guān)狀態(tài)SA、Sb、S。輸入定子電壓計算模塊構(gòu)成三相電壓ua、ub、uc,并進(jìn)行3/2坐標(biāo)變換得到靜止兩相坐標(biāo)系下的電壓ua、U0;2)、磁鏈與轉(zhuǎn)矩估算器根據(jù)輸入的電流ia、iβ，電壓ua、uβ，以及PMSM轉(zhuǎn)子的初始位置θr0決定的定子磁鏈初始值計算得到實際轉(zhuǎn)矩幅值TE；、定子實際磁鏈幅值|Ψs|定子實際磁鏈位置θs、實際定子磁鏈?zhǔn)噶喀穝;3)、定子參考磁鏈?zhǔn)噶坑嬎闫鞲鶕?jù)定子實際磁鏈幅值|Ψs|實際轉(zhuǎn)矩幅值Te應(yīng)用公式(7)計算出k-1時刻實際轉(zhuǎn)矩角δ(k-1);根據(jù)定子參考磁鏈幅值|Ψs|*參考轉(zhuǎn)矩幅值T*e應(yīng)用公式(7)計算出k時刻參考轉(zhuǎn)矩角δ*(k);參考轉(zhuǎn)矩角δ*(k)與ωr(k-l)Ts相加后減去實際轉(zhuǎn)矩角δ(k-1)，得到k時刻定子參考磁鏈?zhǔn)噶喀?s(k)與k-1時刻定子實際磁鏈?zhǔn)噶喀穝(k-1)之間的角度差值ΔS*(k);角度差值ΔS*(k)與k一I時刻定子磁鏈?zhǔn)噶繉嶋H的位置角θs(k-1)相加，得到k時刻定子參考磁鏈?zhǔn)噶康奈恢媒铅?s(k);k時刻定子參考磁鏈?zhǔn)噶康奈恢媒铅?s(k)和參考定子磁鏈幅值|Ψs|*通過公式(3)計算，得到k時刻參考定子磁鏈?zhǔn)噶喀?s(k)；【文檔編號】H02P21/00GK103684169SQ201310590470【公開日】2014年3月26日申請日期:2013年11月19日優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日【發(fā)明者】王躍,王斌申請人:西安交通大學(xué)