一种基于磁链误差矢量法的SVM‑DTC电机控制算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于磁链误差矢量法的SVM‑DTC电机控制算法，属于电机调速领域控制算法的研究。本发明专利技术是在基于空间矢量的直接转矩控制SVM‑DTC的基础上提出的一种简化的基于磁链误差矢量法的SVM‑DTC算法，主要针对原有的SVM‑DTC控制系统通过计算磁链误差来计算电压矢量的复杂性这一问题提出，在计算参考电压矢量时，本发明专利技术将磁链和转矩误差分别经过PI调节后直接获得了电压矢量的相角和幅值，省去了原有的SVM‑DTC中对磁链误差和电压分量计算模块，实现了SVM‑DTC的结构简单性，也可以提高控制系统快速性，实时观测转矩角，以保证电动机的稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁链误差矢量法的SVM-DTC电机控制算法
本专利技术涉及一种电机控制算法的改进方案，属于电机控制领域。
技术介绍
直接转矩控制是继矢量控制技术之后又一新型的高效变频调速技术。直接转矩控制具有结构简单、转矩响应快以及对参数鲁棒性好等优点。但传统的直接转矩控制系统在运行过程中转矩和磁链波动太大，严重地限制了直接转矩控制算法的应用，针对这一缺陷的改进具有重大意义。SVM-DTC控制算法就是在这样的前提下提出的一种直接转矩控制算法的改进方案。其控制思想为：在一个控制周期内选择两个非零电压矢量和一个零电压矢量，根据系统反馈值，计算所需电压大小，在计算出合成此电压所需要的非零电压矢量和零电压矢量的作用时间，便可以合成所需要的任意时刻的电压值，从而实现转矩快速控制及转矩和磁链的无静差控制。与传统DTC相比较，SVM-DTC省去了滞环比较器和开关表，用一个PI调节器定子磁链观测器来确定定子磁链增量。再根据定子磁链增量和转矩角增量以及定子参考磁链幅值计算出下一个周期所需补偿的电压矢量，用空间电压矢量合成模块合成所需电压，输出相应的PWM波来驱动逆变器。传统直接转矩控制观测的是电动机当前运行周期内的磁链转矩值，与设定值进行比较之后，决定下一个周期所使用的电压矢量，电压在一个周期内只能变换一次，从而产生一个周期的滞后。而SVM-DTC采用“预测”的思想，通过当前所观测定子磁链和转矩值，计算出可以使定子磁链和转矩达到给定值的下一个采样点所需要的电压矢量，力图在下一个采样点时，就使观测转矩和磁链幅值都等于给定值，可以有效地减小磁链幅值和转矩的脉动,改善控制效果。但是，SVM-DTC控制算法虽然实现了转矩的快速控制以及转矩和磁链的无静差控制，及大地减小了磁链和转矩脉动，改善了控制性能，但却从某种程度上降低了直接转矩控制的简单性这一特点，从SVM-DTC控制系统的实现过程可以看出，电压参考矢量的计算掺杂了磁链，转速等一系列复杂的计算，加之空间矢量合成模块的计算量本来就已非常复杂，更使原本简单易实现的直接转矩控制系统变得复杂冗长。本文针对SVM-DTC缺点提出了一种基于磁链误差矢量法的改进方案：通过保留DTC的简单性来简化SVM-DTC，即直接由磁链和转矩的PI调节来确定参考电压矢量，同时获得磁链幅值和转矩角，省去了磁链和转速的计算，保留了直接转矩控制的结构简单性，因此，本专利技术具有十分重要的意义。
技术实现思路
一种基于定子磁链误差矢量方法的SVM-DTC算法，该方法简化了原有的SVM-DTC算法，保留了传统DTC简单性优点，包括以下步骤：1)定子磁链误差经过PI调节可以获得电压矢量相角静止坐标系下定子磁链方程为Us，Rs，is为定子电压向量、电阻和电流；由于定子磁链与电压矢量之间的积分关系，使得两者在本质上相互垂直。改变电压矢量的幅值可以使定子磁链转速发生变化，从而引起转矩角(或转矩的变化)，通过改变电压矢量方向来实现对磁链幅值的改变，即电压矢量相角与定子磁链幅值成比例关系。通过施加不同方向的电压矢量，定子磁链有三种可能的状态：其中，式中，u1，u2，u3分别为使定子磁链变大、不变、变小的不同方向的空间电压矢量，Δt为单位作用时间。综上所述，参考电压矢量的相角可直接由磁链经过PI调节后获得。电压矢量相角公式可以表示为式中，Mp，Mi分别为比例和积分系数，θ(k)为磁链位置角。2)转矩误差经PI调节可以获得电压矢量幅值在转子旋转dq坐标系下，SVM-DTC原始方案中，PMSM电磁转矩由磁链和转矩角计算而得，电磁转矩计算公式如下其中，为定子磁链向量，为转子永磁体大小。Te是电磁转矩，Lq，Ld分别为定子直轴和交轴电感，δ是定子磁链和转子磁链之间的电磁角度，即转矩角。对于面贴式PMSM，有Ld＝Lq＝Ls，故dq坐标系下的转矩公式可以写成当既能保证Te和δ之间的线性关系且使得电机电流较小，所以的期望值通常取值为当定子磁链幅值为恒定值时，转矩变化量只与δ相关。根据电机实际运行过程可知，改变转矩角(或转矩)的最快最有效的方法是调节定子磁链垂直方向的电压矢量的幅值，根据前面的推论，定子磁链垂直方向的电压矢量幅值即为合成电压矢量的幅值，即电压矢量幅值与电磁转矩成比例。参考电压矢量的幅值可直接由转矩经过PI调节后获得。电压矢量幅值计算公式可以表示为其中，Kp，Ki分别为比例和积分系数，为电磁转矩参考值。本专利技术是一种对基于磁链误差矢量方法的SVM-DTC算法的优化方案，摒弃了原有的SVM-DTC定子磁链误差的复杂计算方式，直接通过磁链和转矩误差的PI调节获得电压矢量的幅值和相角，在保留传统直接转矩控制算法的简单性的同时，有效降低转矩脉动，改善了控制系统动、静态性能。附图说明图1为改进后控制系统原理图图2为控制系统在Simulink环境下的仿真模型具体实施方式经方案改进后的SVM-DTC实现过程如下：1.定子磁链和电磁转矩的计算电动机在αβ坐标系下的磁链方程为：磁链幅值两相静止坐标系下电动机电磁转矩为：2.转速调节器转速调节使用PI调节，霍尔元件或编码器测得转速的实际值ω，与设定转速ω*同时作为PI调解器的输入量，通过调节比例和积分系数是控制最优，输出转矩的参考值T*。3.参考电压矢量幅值和相角的估算经过改进后的SVM-DTC，参考电压矢量的幅值和相角可直接由转矩和磁链分别经过PI调节后获得。电压矢量幅值计算公式为其中，Kp，Ki分别为比例和积分系数。为电磁转矩参考值，由转速经过PI调节器获得，电压矢量相角计算公式为式中，Mp，Mi分别为比例和积分系数，θ(k)为磁链位置角。4.空间电压矢量的合成(1)参考电压Us所在扇区判断在αβ坐标系下，根据参考电压在各扇区时所需满足的条件可知，Us所在扇区完全由Uβ,来确定。设则A，B，C值与扇区N之间的关系可以表示为N＝A+2B+4C(2)合成参考电压矢量Us的非零矢量和零矢量作用时间的确定空间矢量Us是一个以角速度旋转的空间矢量，设任意相邻的两个非零电压矢量u1，u2的作用时间为t1，t2，采样周期为T，根据伏秒平衡原则其中，u0表示零电压矢量。令t0＝T-t1-t2此公式表示Us在一个采样周期T内作用的积分效果等价于u1，u2，u0分别在t1，t2，t0时间内作用的积分值的和。上式用平均等效原则可以表示为Us*T＝u1*t1+u2*t2得在αβ坐标系下，有如下关系式中，θ为Us与α轴之间的夹角。用频率为1/T的三角波对空间电压矢量进行调制，输出六路PWM波，对逆变器进行驱动。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磁链误差矢量法的SVM‑DTC电机控制算法，该方法简化了原有的SVM‑DTC算法，保留了传统DTC简单性优点，包括以下步骤：1)定子磁链误差经过PI调节可以获得电压矢量相角静止坐标系下定子磁链方程为

【技术特征摘要】
1.一种基于磁链误差矢量法的SVM-DTC电机控制算法，该方法简化了原有的SVM-DTC算法，保留了传统DTC简单性优点，包括以下步骤：1)定子磁链误差经过PI调节可以获得电压矢量相角静止坐标系下定子磁链方程为Us，Rs，is为定子电压向量、电阻和电流；由于定子磁链与电压矢量之间的积分关系，使得两者在空间上相互垂直，改变电压矢量的幅值可以使定子磁链转速发生变化，从而引起转矩角或转矩的变化，通过改变电压矢量方向来实现对磁链幅值的改变，即电压矢量相角与定子磁链幅值成比例关系；参考电压矢量的相角可直接由磁链经过PI调节后获得；电压矢量相角公式可以表示为式中，Mp，Mi分别为比例和积分系数，θ(k)为磁链位置角；2)转矩误差经PI调节可以获得电压矢量幅值在转子旋转dq坐标系下，SVM-DTC原始方案中，PMSM电磁转矩由磁链和转矩角计算而得，电磁转矩计算公式如下其中，为定子磁链向量，为转子永磁体大小，Te是电磁转矩，Lq，Ld分别为定子直轴和交轴电感，δ是定子磁链和转子磁链之间的电磁角度，即转矩角；根据电机实际运行过程可知，改变转矩角或转矩的最快最有效的方法是调节定子磁链垂直方向的...

【专利技术属性】
技术研发人员：昝鑫，王小梅，李振，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61