本发明专利技术公开了一种具有电流自矫正的六相同步电机直接转矩控制方法，首先基于零序电流等于0思想进行电压矢量重构，并由此提出理想DTC；其次，基于死区补偿原理对实际电压矢量作用时间进行离散补偿；最后，利用PI调节器对电压矢量作用时间进行连续补偿，实现零序电流等于0目的。本发明专利技术解决了转矩和磁链双滞环结构的六相对称绕组永磁电机DTC系统中消除低次谐波电流的难题。
【技术实现步骤摘要】
具有零序电流自矫正的六相同步电机直接转矩控制方法
本专利技术属于多相永磁电机驱动控制领域，涉及一种六相永磁同步电机直接转矩控制方法。
技术介绍
随着军舰及潜艇推进系统、宇航推进系统、电动/混合燃料汽车驱动、电力机车牵引等关键领域对电动机驱动系统可靠性要求愈来愈高，传统的三相电动机驱动愈来愈难以满足要求，高可靠性的多相电动机驱动系统日益受到这些领域的青睐和使用。常见的多相电动机有感应电动机和永磁同步电动机之分，其中多相永磁同步电动机具有效率高、响应速率快等优点,日益成为多相感应电动机的有力竞争者。机车牵引及船舶推进等系统要求应用于这些场合的多相电动机驱动系统具有强的瞬时转矩控制能力，以获得高性能的动态特性。目前应用于多相电动机驱动系统中瞬时转矩控制策略主要有：磁场定向的矢量控制和直接转矩控制。其中直接转矩控制策略直接在定子静止坐标系中构建定子磁场及电磁转矩控制模型，对电机参数依赖很少，算法简洁；利用逆变器输出电压矢量直接控制电磁转矩，具有电磁转矩直接而快速控制优点，特别适用于转矩控制场合。本专利技术针对互差60度电角度的六相对称绕组永磁同步电动机提出一种新型直接转矩控制策略。六相对称定子绕组采用星型连接，有5个自由度可以控制，采用直接转矩控制策略已占用2个自由度，还剩余3个自由度需要控制。所以利用电压矢量实现电磁转矩和定子磁链高性能的控制时，若剩余的3个自由度缺乏正确有效控制，会带来直接转矩控制驱动系统稳态性能的下降，例如相电流低次谐波分量增大、损耗增大、负载能力降低等。本专利技术控制策略旨在实现电磁转矩快速控制同时减小零序电流幅值，降低绕组电流中低次谐波含量。
技术实现思路
技术问题：本专利技术提供一种能够解决偏置60度六相对称绕组永磁同步电机低次谐波电流消除问题，不需要另外添加硬件即可实现偏置60度六相对称绕组永磁同步电机直接转矩控制，降低了驱动系统的硬件成本，在同等的电机发热条件下提高了有功电流幅值和电机负载能力的具有零序电流自矫正的六相同步电机直接转矩控制方法。技术方案：本专利技术的具有零序电流自矫正的六相同步电机直接转矩控制方法，结构框图如图1所示。本专利技术方法利用公式1中T6正交变换矩阵将六相电流ia～if变换为αβ坐标中isαisβ及零序轴系中isz1isz2isz3isz4；利用公式3、isαisβ、转子磁链ψrαψrβ及转子位置角θr计算出定子磁链ψsαψsβ或利用磁链观测器计算出定子磁链ψsαψsβ；利用公式4、isαisβ及ψsαψsβ计算电磁转矩Te；判断定子磁链ψsαψsβ矢量所处图5αβ平面扇区编号θi；根据转矩给定及电磁转矩Te，经过转矩滞环比较器输出控制转矩的τ变量；根据定子磁链幅值给定及实际定子磁链幅值|ψs|，经过磁链滞环比较器输出控制定子磁链幅值的φ变量；根据电磁转矩控制变量τ、定子磁链幅值控制变量φ及扇区编号θi，经过最优开关矢量表2输出一组最优的六相逆变器开关组合；根据实际相电流采样值ia～if、零序电流isz4计算出各电压矢量作用时间，通过脉宽调制模块将各电压矢量按照固定的时序和作用时间作用于电机，以实现零序电流误差、定子磁链幅值误差及电磁转矩误差为0控制。在采用全数字控制的驱动系统中，采用本专利技术不需要另外添加硬件，即可实现偏置60度六相对称绕组永磁同步电机直接转矩控制，降低了驱动系统的硬件成本。本专利技术直接转矩控制策略，从消除零序电流、减小相绕组电流低次谐波出发，基于矢量重构合成原理构建出最优开关矢量表2，一个数字控制周期Ts内，各合成电压矢量中第一电压矢量、第二电压矢量发送时序见图5；为了消除逆变器非线性特性对零序电流isz4控制的不利影响，采用死区补偿及isz4PI闭环控制方法，实现电压矢量作用时间的动态调节，以维持uZ4平均值等于0控制效果。本专利技术方法包括以下步骤：(1)利用公式1的六相正交变换矩阵T6，将a～f六相定子电流ia～if变换为αβ坐标中α轴定子电流isα、β定子电流isβ及零序轴系中的第一零序电流isz1、第二零序电流isz2、第三零序电流isz3、第四零序电流isz4：其中，ia、ib、ic、id、ie、if分别为a～f相电流；(2)根据α轴定子电流isα、β定子电流isβ、α轴转子磁链ψrα、β轴转子磁链ψrβ及转子位置角θr，利用下列公式3计算出α轴定子磁链ψsα和β轴定子磁链ψsβ：其中Lsm＝0.5(Ldm+Lqm)，Lrs＝0.5(Ldm-Lqm)，Ldm为电机相绕组主磁路的直轴电感，Lqm为电机相绕组主磁路的交轴电感；(3)判断定子磁链ψsαψsβ矢量在合成电压矢量图中所处αβ平面扇区编号θi，i＝1…6；(4)根据定子磁链ψsαψsβ及定子磁链幅值给定经磁链滞环比较器，根据下式确定并输出控制定子磁链幅值的变量φ：其中，当转速低于额定转速时，定子磁链幅值给定取额定定子磁链；当转速高于额定转速时，随转速升高成反比例降低；(5)根据αβ轴定子电流isαisβ及αβ轴定子磁链ψsαψsβ，利用下列公式4计算电磁转矩Te：Te＝pn(ψsαisβ-ψsβisα)(公式4)其中pn为电机磁极对数；(6)将所述电磁转矩Te及其给定值传送给转矩滞环比较器，根据下式确定并输出控制电磁转矩变量τ：其中εm为转矩滞环环宽；若需要速度闭环，则速度控制器输出作为电磁转矩给定值若需要转子位置闭环，则位置控制器输出作为电磁转矩给定值(7)根据所述控制电磁转矩变量τ、控制定子磁链幅值的变量φ及定子磁链ψsαψsβ矢量所处αβ平面扇区编号θi，查询下列最优开关矢量表，获得一组6相逆变桥最优开关组合矢量，从而确定出用于重构该最优开关组合矢量的第一电压矢量和第二电压矢量；最优开关矢量表(8)根据a～f六相定子电流ia～if、第四零序电流isz4，计算出步骤(7)确定的最优开关组合矢量中第一电压矢量在半个数字控制周期0.5Ts内的作用时间为Tz+ΔTz，则该最优开关组合矢量中第二电压矢量在半个数字控制周期内的作用时间为0.5Ts-(Tz+ΔTz)；其中，ΔTz＝-Kpisz4-Ki∫isz4dtKp为比例系数，Ki为积分系数，均为大于0的常数；UD1、UD2、UD3分别为一个数字控制周期Ts内逆变桥依次出现的三段死区期间第四零序电压usz4值，TD为逆变桥每一段死区持续时间，Uz为一个数字控制周期Ts内输出第一电压矢量时第四零序电压usz4值；(9)通过脉宽调制模块，按照一个控制周期Ts内依次输出第一电压矢量、第二电压矢量、第一电压矢量的三段发矢量时序发矢量，将所述步骤(8)计算得到的两个矢量作用时间作为脉宽调制模块各矢量作用时间，最终实现定子磁链轨迹圆形情况下，电磁转矩及零序电流控制。本专利技术方法中，步骤(3)中的合成电压矢量图按照以下方法得到：以逆变器输出幅值最长，且依次互差60度电角度的六个基本电压矢量49、56、28、14、7、35为基础，将56、49两矢量分别作用一半的数字控制周期合成出新的合成电压矢量56/49，将56、28两矢量分别作用一半的数字控制周期合成出新的合成电压矢量56/28，将28、14两矢量分别作用一半的数字控制周期合成出新的合成电压矢量14/28，将14、7两矢量分别作用一半的数字控制周期合成出新的合成电压矢量14/7，将7、35两矢量分别作用一半本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有零序电流自矫正的六相同步电机直接转矩控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)利用公式1的六相正交变换矩阵T6，将a～f六相定子电流ia～if变换为αβ坐标中α轴定子电流isα、β定子电流isβ及零序轴系中的第一零序电流isz1、第二零序电流isz2、第三零序电流isz3、第四零序电流isz4：T6=13112-12-1-1212032320-32-321-12-121-12-12032-32032-3212121212121212-1212-1212-12]]> (公式1)isαisβisz1isz2isz3isz4=13112-12-1-1212032320-32-321-12-121-12-12032-32032-3212121212121212-1212-1212-12iaibicidieif]]> (公式19)其中，ia、ib、ic、id、ie、if分别为a～f相电流；(2)根据α轴定子电流isα、β定子电流isβ、α轴转子磁链ψrα、β轴转子磁链ψrβ及转子位置角θr，利用下列公式3计算出α轴定子磁链ψsα和β轴定子磁链ψsβ：ψsαψsβ=Lsσ+3Lsm+3Lrscos(2θr)3Lrssin(2θr)3Lrssin(2θr)Lsσ+3Lsm-3Lrscos(2θr)isαisβ+ψrαψrβ]]> (公式3)其中Lsm＝0.5(Ldm+Lqm)，Lrs＝0.5(Ldm‑Lqm)，Ldm为电机相绕组主磁路的直轴电感，Lqm为电机相绕组主磁路的交轴电感；(3)判断定子磁链ψsαψsβ矢量在合成电压矢量图中所处αβ平面扇区编号θi，i＝1…6；(4)根据定子磁链ψsαψsβ及定子磁链幅值给定经磁链滞环比较器，根据下式确定并输出控制定子磁链幅值的变量φ：(公式20)其中，当转速低于额定转速时，定子磁链幅值给定取额定定子磁链；当转速高于额定转速时，随转速升高成反比例降低；(5)根据αβ轴定子电流isαisβ及αβ轴定子磁链ψsαψsβ，利用下列公式4计算电磁转矩Te：Te＝pn(ψsαisβ‑ψsβisα) (公式4)其中pn为电机磁极对数；(6)将所述电磁转矩Te及其给定值传送给转矩滞环比较器，根据下式确定并输出控制电磁转矩变量τ：其中εm为转矩滞环环宽；若需要速度闭环，则速度控制器输出作为电磁转矩给定值若需要转子位置闭环，则位置控制器输出作为电磁转矩给定值(7)根据所述控制电磁转矩变量τ、控制定子磁链幅值的变量φ及定子磁链ψsαψsβ矢量所处αβ平面扇区编号θi，查询下列最优开关矢量表，获得一组6相逆变桥最优开关组合矢量，从而确定出用于重构该最优开关组合矢量的第一电压矢量和第二电压矢量；最优开关矢量表(8)根据a～f六相定子电流ia～if、第四零序电流isz4，计算出步骤(7)确定的最优开关组合矢量中第一电压矢量在半个数字控制周期0.5Ts内的作用时间为Tz+ΔTz，则该最优开关组合矢量中第二电压矢量在半个数字控制周期内的作用时间为0.5Ts‑(Tz+ΔTz)；其中，ΔTz＝‑Kpisz4‑Ki∫isz4dtTZ=Ts4-UD1+UD2+UD3-UZ4UZTD]]>Kp为比例系数，Ki为积分系数，均为大于0的常数；UD1、UD2、UD3分别为一个数字控制周期Ts内逆变桥依次出现的三段死区期间第四零序电压usz4值，TD为逆变桥每一段死区持续时间，Uz为一个数字控制周期Ts内输出第一电压矢量时第四零序电压usz4值；(9)通过脉宽调制模块，按照一个控制周期Ts内依次输出第一电压矢量、第二电压矢量、第一电压矢量的三段发矢量时序发矢量，将所述步骤(8)计算得到的两个矢量作用时间作为脉宽调制模块各矢量作用时间，最终实现定子磁链轨迹圆形情况下，电磁转矩及零序电流控制。...
【技术特征摘要】
1.一种具有零序电流自矫正的六相同步电机直接转矩控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)利用公式1的六相正交变换矩阵T6，将a～f六相定子电流ia～if变换为αβ坐标中α轴定子电流isα、β定子电流isβ及零序轴系中的第一零序电流isz1、第二零序电流isz2、第三零序电流isz3、第四零序电流isz4：其中，ia、ib、ic、id、ie、if分别为a～f相电流；(2)根据α轴定子电流isα、β定子电流isβ、α轴转子磁链ψrα、β轴转子磁链ψrβ及转子位置角θr，利用下列公式3计算出α轴定子磁链ψsα和β轴定子磁链ψsβ：其中Lsm＝0.5(Ldm+Lqm)，Lrs＝0.5(Ldm-Lqm)，Ldm为电机相绕组主磁路的直轴电感，Lqm为电机相绕组主磁路的交轴电感；(3)判断定子磁链ψsαψsβ矢量在合成电压矢量图中所处αβ平面扇区编号θi，i＝1…6，所述合成电压矢量图按照以下方法得到：以逆变器输出幅值最长，且依次互差60度电角度的六个基本电压矢量49、56、28、14、7、35为基础，将56、49两矢量分别作用一半的数字控制周期合成出新的合成电压矢量56/49，将56、28两矢量分别作用一半的数字控制周期合成出新的合成电压矢量56/28，将28、14两矢量分别作用一半的数字控制周期合成出新的合成电压矢量14/28，将14、7两矢量分别作用一半的数字控制周期合成出新的合成电压矢量14/7，将7、35两矢量分别作用一半的数字控制周期合成出新的合成电压矢量35/7，将35、49两矢量分别作用一半的数字控制周期合成出新的合成电压矢量35/49；(4)根据定子磁链ψsαψsβ及定子磁链幅值给定经磁链滞环比较器，根据下式确定并输出控制定子磁链幅值的变量φ：其中，当转速低于额定转速时，定子磁链幅值给定取额定定子磁链；当转速高于额定转速时，随转速升高成反比例降低；(5)根据αβ轴定子电流isαisβ及αβ轴定子磁链ψsαψsβ，利用下列公式4计算电磁转矩Te：Te＝pn(ψsαisβ-ψsβisα)(公式4)其中pn为电机磁极对数；(6)将所述电磁转矩Te及其给定值传送给转矩滞环比较器，根据下式确定并输出控制电磁转矩变量τ：其中εm为转矩滞环环宽；若需要速度闭环，则速度控制器输出作为电磁转矩给定值若需要转子位置闭环，则位置控制器输出作为电磁转矩给定值(7)根据所述控制电磁转矩变量τ、控制定子磁链幅值的变量φ及定子磁链ψsαψsβ矢量所处αβ平面扇区编号θi，查询下列最优开关矢量表，获得一组6相逆变桥最优开关组合矢量，从而确定出用于重构该最优开关组合矢量的第一电压矢量和第二电压矢量；最优开关矢量表(8)根据a～f六相定子电流ia～if、第四零序电流isz4，计算出步骤(7)确定的最优开关组合矢量中第一电压矢...
【专利技术属性】
技术研发人员：周扬忠，程明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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