本发明专利技术公布了一种空间矢量调制的永磁开关磁链发电机电压控制方法，属定子永磁式发电机控制方法。本发明专利技术调压方法定义电压ＰＩ环的输出为给定电磁转矩，在维持永磁开关磁链发电机定子磁链幅值恒定的条件下，选择合成空间矢量来调节定子磁链矢量与空载永磁磁链矢量的夹角，实现对电磁转矩和电压的快速精准控制。本发明专利技术无电流环和坐标变换环节，实现简单，仅须辨识定子磁链，参数鲁棒性强，电流谐波小，转矩脉动小，电压纹波小，动态响应快，具有良好的电压控制性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，属于 永磁开关磁链发电机控制领域。
技术介绍
目前永磁开关磁链发电机常用的控制策略为矢量控制策略和直接转矩控制 策略。矢量控制从理论上解决了交流电动机转矩的高性能控制问题，很快被移 植到同步电机。矢量控制的基本思想源于对直流电机的严格模拟。直流电机本 身具有良好的解耦性，它可以分别通过控制其电枢电流和激磁电流来达到控制 电机转矩的目的。矢量控制通过电机磁场定向将定子电流分为激磁分量和转矩 分量，分别加以控制，从而获得良好的解耦特性。因此，矢量控制既需要控制 定子电流的幅值大小，又需要控制定子电流空间相量的相位。永磁电机矢量控 制在理论上日趋完美，但在实现过程中较为复杂，这主要表现为磁体位置的偏 移、磁性材料的分布不均匀、电流传感器非线性化和电流调节器的局限等因素。1985年，德国学者M.Depenbrock首次提出了直接转矩控制的理论，随后 日本学者I.Takahashi也提出了类似的控制方案。直接转矩控制策略的特点如 下(1)在定子坐标系下分析交流电机的数学模型、控制电机的转矩和磁链， 避免了复杂的静止旋转坐标变换；(2)控制策略所用的是定子磁链，只要知道 定子电阻就可以把它观测出来，参数鲁棒性好；(3)将转矩和磁链直接作为被 控量，没有电流控制环节节，实现简单；(4)对转矩直接控制，转矩控制的动 态性能高。直接转矩控制的缺点如下对定子磁链和电磁转矩采用的是滞环节 控制，磁链幅值、转矩存在脉动，电压纹波较大，定子电流谐波含量较高，它 的稳态控制性^不如矢量控制。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提出一种永磁开关磁链发电机的空间矢量控 制调压策略。本专利技术，采用位置传感 器检测得到永磁开关磁链发电机的空载永磁磁链矢量角(9，其特征在于 一种，采用位置传感器检测得到 永磁开关磁链发电机的空载永磁磁链矢量角^，其特征在于采用电压传感器 检测三相全桥逆变器母线得到实际电压f^ ，将给定的永磁开关磁链发电机电 压f/^与实际电压f^之差依次经过PI环节、限幅环节得到永磁开关磁链发电 机瞬时转矩给定值r';将给定的永磁开关磁链发电机定子磁链幅值,以及永磁 开关磁链发电机瞬时转矩给定值r'、永磁开关磁链发电机的空载永磁磁链矢量 角P经过目标定子磁链矢量环节得到永磁开关磁链发电机下一时刻目标定子 磁链矢量《+1;将永磁开关磁链发电机下一时刻目标定子磁链矢量^+1与永磁 开关磁链发电机当前定子磁链矢量A经过减运算环即作矢量差得到永磁开关 磁链发电机定子磁链变化量A^ ，将永磁开关磁链发电机定子磁链变化量A伊经 过空间矢量调制环节得到三相全桥逆变器的三相占空比即A相占空比A、 B 相占空比2)8、 C相占空比A，将所述三相占空比经过三相全桥逆变器得到永 磁开关磁链发电机在静止"fc坐标下的三相相电流即A相电流^ 、 B相电流Z，,、 C相电流^ ，采用所述三相相电流驱动永磁开关磁链发电机得到永磁开关磁链发电机输出的目标电磁转矩y;，下一 时刻* +1永磁开关磁链发电机的目标电磁转矩为其中yt为当前时刻，i,为永磁开关磁链发电机定子电感，^为永磁开关磁 链发电机极对数，^为永磁开关磁链发电机当前空载永磁磁链矢量，永磁开 关磁链发电机定子磁链矢量与空载永磁磁链矢量的夹角即转矩角5的求取如下(1) 所述永磁开关磁链发电机包括n个转子齿和3对定子齿，n为自然数， 位置传感器中永磁开关磁链发电机空载永磁磁链矢量角(9的求取如下每一个转子齿与定子齿的工作方式都相同，转子齿的工作方式如下，90°当转子齿轴线与定子齿轴线相差-^机械角度时，此时永磁开关磁链电机空载永磁磁链矢量角P = 0°;以此类推，当转子齿轴线与定子齿轴线相差-^机械角度时，此时永磁开关磁链电机空载永磁磁链矢量角P = 360° ，如此转子齿完成一个工作周期；(2) 将永磁开关磁链发电机空载永磁磁链矢量角0减去水磁开关磁链发电= 叭sW，机定子磁链矢量的相角即可得到永磁开关磁链发电机定子磁链矢量与空载永磁 磁链矢量的夹角即转矩角3。本专利技术通过线性调节^^可以线性调节转矩，减小了转矩脉动，减小了定子电流谐波和电压纹波；在动态过程中，通过直接调节^^来迅速改变转矩， 快速调节电压，具有良好的动态性能。该策略中无坐标变换，无电流环节，实 现简单；只需辨识定子磁链(直接转矩控制要同时辨识定子磁链与电磁转矩)； 没有用到任何转子参数，无需辨识任何转子量，参数鲁棒性好，在永磁开关磁 链发电机调压场合将有广泛的应用前景。附图说明图1:本专利技术一种永磁开关磁链发电机的空间矢量控制调压策略框图； 图2:目标定子磁链矢量计算示意图3:本专利技术6时刻控制永磁开关磁链发电机占空比计算原理图； 图4:永磁开关磁链发电机转矩角定义示意图； 图5:永磁开关磁链发电机空载永磁磁场分布图(6 = 0°); 图6:永磁开关磁链发电机空载永磁磁场分布图(6> = 90°); 图7:永磁开关磁链发电机空载永磁磁场分布图(6 = 180°); 图8:永磁开关磁链发电机空载永磁磁场分布图(6 = 270°)。具体实施例方式如图1所示， 一种永磁开关磁链发电机的空间矢量控制调压策略，其特征 在于采用位置传感器检测得到永磁开关磁链发电机的空载永磁磁链矢量角^ ， 将给定的永磁开关磁链发电机电压t/^与实际电压t^之差依次经过PI环节、限幅环节得到永磁开关磁链发电机瞬时转矩给定值r';将给定的永磁开关磁链 发电机定子磁链幅值/以及永磁开关磁链发电机瞬时转矩给定值r'、永磁开关磁链发电机的空载永磁磁链矢量角P经过目标定子磁链矢量环节得到永磁开 关磁链发电机下一时刻目标定子磁链矢量^+1;将永磁开关磁链发电机下一时 刻目标定子磁链矢量^+1与永磁开关磁链发电机当前定子磁链矢量^作矢量差得到永磁开关磁链发电机定子磁链变化量A^ ，将永磁开关磁链发电机定子 磁链变化量A^经过空间矢量调制环节生成得到三相全桥逆变器的三相占空比 即A相占空比A、 B相占空比A、 C相占空比A，将所述三相占空比经过三 相全桥逆变器得到永磁开关磁链发电机在静止"c坐标下的三相相电流即A相电流,;。、B相电流^、 C相电流,；，釆用所述三相相电流驱动永磁开关磁链发电机得到永磁开关磁链发电机输出的目标电磁转矩 ;。* +1时刻永磁开关磁链发电机的目标电磁转矩为/ = * W KI=If l《i IW "" ，21其中A为当前时刻，i,为永磁开关磁链发电机定子电感，p为永磁开关磁 链发电机极对数，^为永磁开关磁链发电机当前空载永磁磁链矢量，永磁开 关磁链发电机当前定子磁链矢量^的求取包括以下步骤(1)采用电压传感器检测得到三相全桥逆变器的直流母线电压f^，采用 所述直流母线电压t^与三相全桥逆变器的三相占空比即A相占空比Z^、 B相 占空比A、 C相占空比2)c组合计算得出永磁开关磁链发电机在静止"6c坐标下 的三相相电压即A相电压",a、 B相电压n幼、C相电压"j3(2乜-A"W3-A-"c)—Kc 3(2"c"J将永磁幵关磁链发电机在静止"6c坐标下的A相电压"M、 B相电压i^、 C 相电压",￡进行磁势不变的3/2变换得到永磁开关磁链发电机在静止c^坐标系 下的定子电压即"相定子电压"^、"相第二定子电压i^本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种空间矢量调制的永磁开关磁链发电机电压控制方法，采用位置传感器检测得到永磁开关磁链发电机的空载永磁磁链矢量角θ，其特征在于：采用电压传感器检测三相全桥逆变器母线得到实际电压Ｕ↓［ｄｃ］，将给定的永磁开关磁链发电机电压Ｕ↓［ｄｃ］↑［＊］与实际电压Ｕ↓［ｄｃ］之差依次经过ＰＩ环节、限幅环节得到永磁开关磁链发电机瞬时转矩给定值Ｔ↑［＊］；将给定的永磁开关磁链发电机定子磁链幅值ψ↑［＊］以及永磁开关磁链发电机瞬时转矩给定值Ｔ↑［＊］、永磁开关磁链发电机的空载永磁磁链矢量角θ经过目标定子磁链矢量环节得到永磁开关磁链发电机下一时刻目标定子磁链矢量＊↓［ｋ＋１］↑［＊］，将永磁开关磁链发电机下一时刻目标定子磁链矢量＊↓［ｋ＋１］↑［＊］与永磁开关磁链发电机当前定子磁链矢量＊↓［ｋ］经过减运算环即作矢量差得到永磁开关磁链发电机定子磁链变化量Δ＊，将永磁开关磁链发电机定子磁链变化量Δ＊经过空间矢量调制环节得到三相全桥逆变器的三相占空比即Ａ相占空比Ｄ↓［Ａ］、Ｂ相占空比Ｄ↓［Ｂ］、Ｃ相占空比Ｄ↓［Ｃ］，将所述三相占空比经过三相全桥逆变器得到永磁开关磁链发电机在静止ａｂｃ坐标下的三相相电流即Ａ相电流ｉ↓［ｓａ］、Ｂ相电流ｉ↓［ｓｂ］、Ｃ相电流ｉ↓［ｓｃ］，采用所述三相相电流驱动永磁开关磁链发电机得到永磁开关磁链发电机输出的目标电磁转矩Ｔ↓［ｅ］， 下一时刻ｋ＋１永磁开关磁链发电机的目标电磁转矩 为： Ｔ↓［ｅ（ｋ＋１）］↑［＊］＝３ｐ／２Ｌ↓［ｓ］｜＊↓［ｋ＋１］↑［＊］｜｜＊↓［ｍ］｜ｓｉｎδ↑［＊］， 其中ｋ为当前时刻，Ｌ↓［ｓ］为永磁开关磁链发电机定子电感，ｐ为永磁开关磁链发电机极对数，＊↓［ｍ］为永磁开关磁链发 电机当前空载永磁磁链矢量，永磁开关磁链发电机定子磁链矢量与空载永磁磁链矢量的夹角即转矩角δ的求取如下： （１）所述永磁开关磁链发电机包括ｎ个转子齿和３对定子齿，ｎ为自然数，位置传感器中永磁开关磁链发电机空载永磁磁链矢量角θ的求取如下： 每一个转子齿与定子齿的工作方式都相同，转子齿的工作方式如下， 当转子齿轴线与定子齿轴线相差－９０°／ｎ机械角度时，此时永磁开关磁链电机空载永磁磁链矢量角θ＝０°； 以此类推，当转子齿轴线与定子齿轴线相差－２７０°／ｎ机械 角度时，此时永磁开关磁链电机空载永磁磁链矢量角θ＝３６０°，如此转子齿完成一个工作周期； （２）将永磁开关磁链发电机空载永磁磁...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，邓智泉，王晓琳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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