一种基于无差拍的永磁同步电机直接转矩控制方法技术

本发明专利技术公开一种基于无差拍的永磁同步电机直接转矩控制方法，在一个控制周期内同时精确补偿了给定磁链幅值与实际磁链幅值、给定转矩幅值与实际转矩幅值的误差，实现了磁链与转矩的无差拍控制，同时将空间电压矢量调制方法引入控制系统，使得开关频率恒定。本发明专利技术控制方法能够较好地提升系统性能，该方法可以明显降低磁链与转矩脉动，并且转矩的动态响应速度与传统直接转矩控制方案相当，基本保持了直接转矩方法具有结构简单、转矩动态响应快的优点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开，在一个控制周期内同时精确补偿了给定磁链幅值与实际磁链幅值、给定转矩幅值与实际转矩幅值的误差，实现了磁链与转矩的无差拍控制，同时将空间电压矢量调制方法引入控制系统，使得开关频率恒定。本专利技术控制方法能够较好地提升系统性能，该方法可以明显降低磁链与转矩脉动，并且转矩的动态响应速度与传统直接转矩控制方案相当，基本保持了直接转矩方法具有结构简单、转矩动态响应快的优点。【专利说明】【
】本专利技术涉及电机控制
，特别涉及一种永磁同步电机的控制方法。【
技术介绍
】传统永磁同步电机直接转矩控制系统中根据转矩、磁链两个滞环控制器输出以及定子磁链的位置所在区域，从开关表中选择合适的电压空间矢量对电机转矩、磁链进行控制。但所能选择的电压空间矢量是有限的，而且开关表中对电压空间矢量的选择也是比较粗略的，因此会带来转矩与磁链的脉动大的问题。而且由于只是对电压空间矢量进行选择，而没有利用空间电压调制的方式，会导致开关频率的不恒定，不利于系统中逆变器的硬件设计。目前，针对传统永磁同步电机直接转矩控制系统中转矩与磁链脉动大的问题已有多种改进型直接转矩控制方案，归纳起来可分为四类方案:I)采用改进的开关表请参阅图1所示，文献通过将矢量平面细分为12个扇区并采用改进的空间电压矢量开关表的方法来选择最合适的电压矢量进而得到更准确的转矩、磁链控制。请参阅图2所示，文献引入了模糊逻辑控制器对空间电压矢量的选择条件做了细化。利用模糊推理将定子磁链误差、转矩误差和磁链角度进行了合理的模糊分级，从而使电压空间矢量的选择更准确。但在线模糊推理的计算工作量大，难以实时控制。请参阅图3所示，文献提出了基于区域电压矢量表的永磁同步电机直接转矩预测控制，根据电机模型，推导出在每个区域内电压矢量的预测控制角，在每个控制周期内插入零矢量实现转矩和磁链的预测控制。这些方法减小了转矩与磁链的脉动，但由于控制算法依然建立在对有限的8个电压空间矢量进行选择的基础上，不能保证开关频率的恒定。2)引入了多电平逆变器请参阅图4 (a)_图4 (C)所示，文献引入了多电平逆变器以增加可选电压空间矢量的数量，减小了转矩与磁链的脉动，但需更多开关器件，使系统硬件结构的复杂性增加。3)空间电压矢量调制(SVM)的直接转矩控制请参阅图5所示，利用空间电压矢量的调制技术可获得更多的、连续变化的电压空间矢量，进而实现对电机磁链、转矩更准确的控制。根据这种调制控制思想，文献提出了基于空间矢量调制的方法直接转矩方案，这些方案有效地降低了转矩脉动，并使开关频率恒定。但由于比例积分(PI)控制器被应用于转矩控制回路中，PI控制器参数对电机转速和负载变化敏感，PI控制器本身具有相位滞后效应使转矩的动态响应变慢。4)滑模变结构的直接转矩控制请参阅图6所示，文献将滑模变结构控制策略引入永磁同步电机直接转矩控制中用转矩和磁链两个滑模控制器来替代传统直接转矩控制中的两个滞环调节器，其输出通过空间电压矢量调制保证了逆变器开关频率恒定。但在滑模切换时存在高频振动问题，使系统处于不稳定状态。传统永磁同步电机直接转矩控制系统中根据转矩、磁链两个滞环控制器输出以及定子磁链的位置所在区域，从开关表中选择合适的电压空间矢量对电机转矩、磁链进行控制。但所能选择的电压空间矢量是有限的，而且开关表中对电压空间矢量的选择也是比较粗略的，因此会带来转矩与磁链的脉动大的问题。而且由于只是对电压空间矢量进行选择，而没有利用空间电压调制的方式，会导致开关频率的不恒定，不利于系统中逆变器的硬件设计。李耀华，刘卫国.永磁同步电机直接转矩控制不合理转矩脉动抑制研究.西北工业大学学报，2007, 25 (5): 667-671. Pavithra S, Sivaprakasam A, Manigandan T.PerformanceImprovement of DTC for Induction Motor withl2-Sector Methodology.PACCj 2011，2011，Page (s):1-5.Yaohua Li, Gerling D.Voltage vector selection strategy for theinterior PMSM DTC system.EPE’ 2011,2011, Page(s):1-9.王晓磊，赵克友，崔培良.永磁同步电机定子磁链十二区间直接转矩控制.青岛大学学报，2006，21 (4):66-69.Yaohua Li, Gerling D, Weiguo Liu.A novel switching table using zerovoltage vectors for direct torque control in permanent magnet synchronousmotor.ICEM’ 2008，2008，Page (s):1-6.孙丹，贺益康，智大为.基于模糊逻辑的永磁同步电动机直接转矩控制.电工技术学报，2003，18 (I): 33-38.刘军，刘丁，吴浦升等.基于模糊控制调节电压矢量作用时间策略的永磁同步电机直接转矩控制仿真研究.中国电机工程学报2004，24 (10): 148—152.Dan Sun, Yikang He, Jian Guo Zhu.Fuzzy logic direct torque controlfor permanent magnet synchronous motors.WCICAj 2004, 2004, Page(s):4401-4405, Vol.5. Soliman H, Elbuluk M E.1mproving the Torque Ripple in DTC of PMSMUsing Fuzzy Logic.IAS，08，2008，Page(s):1-8.Rezaei M M, Mirsalim M, Malekian K.1mproved direct torque control forinduction machine drives using fuzzy logic and particle swarm optimization.EPE-PEMCJ 2008, 2008, Page(s):1123-1127.张猛，肖曦，李永东.基于区域电压矢量表的永磁同步电机直接转矩预测控制.清华大学学报，2008，48 (I): 1-4.胡虎，李永东.基于区域电压矢量表的交流异步电动机直接转矩预测控制策略研究.电工技术学报，2004, 19 (2): 25-30.Hu Hu,Yongdong L1.Predictive direct torque control strategies ofinduction motor based on area voltage vectors table.IEC0N’03，Page(s):2684-2689, Vol.3.骆光照，李斐，杨南方等.三电平逆变器供电永磁同步电机直接转矩控制研究.西北工业大学学报，2012，30 (I): 22-26.刘述喜，王明渝.基于快速空间矢量调制算法的三电平直接转矩预测控制系统.电工技术学报，2009，24 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无差拍的永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1）、k‑1时刻，三相电流检测单元检测的两相电流ia、ib输入三相静止到两相静止坐标变换单元，经3/2坐标变换得到静止两相坐标系下的iα、iβ电流；由直流母线电压检测单元检测的母线电压Udc和逆变器开关状态SA、SB、SC输入定子电压计算模块构成三相电压ua、ub、uc，并进行3/2坐标变换得到静止两相坐标系下的电压uα、uβ；2）、磁链与转矩估算器根据输入的电流iα、iβ，电压uα、uβ，以及PMSM转子的初始位置θr0决定的定子磁链初始值计算得到实际转矩幅值Te、定子实际磁链幅值|ψs|、定子实际磁链位置θs、实际定子磁链矢量ψs；3）、定子参考磁链矢量计算器根据定子实际磁链幅值|ψs|、实际转矩幅值Te应用公式（7）计算出k‑1时刻实际转矩角δ(k‑1)；根据定子参考磁链幅值|ψs|*、参考转矩幅值应用公式（7）计算出k时刻参考转矩角δ*(k)；参考转矩角δ*(k)与ωr（k‑1）Ts相加后减去实际转矩角δ(k‑1)，得到k时刻定子参考磁链矢量(k)与k‑1时刻定子实际磁链矢量ψs(k‑1)之间的角度差值Δδ*(k)；角度差值Δδ*(k)与k－1时刻定子磁链矢量实际的位置角θs(k‑1)相加，得到k时刻定子参考磁链矢量的位置角(k)；k时刻定子参考磁链矢量的位置角(k)和参考定子磁链幅值|ψs|*通过公式（3）计算，得到k时刻参考定子磁链矢量(k)； ψ s * ( k ) = | ψ s | * ∠ θ s * ( k ) - - - ( 3 ) δ * ( k ) = arcsin ( 2 T e * L s 3 n p | ψ f | | ψ s | * ) δ ( ...

【技术特征摘要】

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