一种永磁同步电机直接转矩控制优化方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机直接转矩控制优化方法，首先判断给定磁链、转矩和实际磁链、转矩的差值Δψ、ΔT；如果|Δψ|超过磁链误差限定值|Δψe|，则增加或减小磁链，如果|Δψ|未超过磁链误差限定值|Δψe|，则保持磁链；如果ΔT超过转矩误差限定值，则使用非零电压矢量，如果ΔT未超过转矩误差限定值，则使用零电压矢量；采用一种新型θ角判定方法，判断磁链所在扇区，然后按照既定的电压矢量开关表选择当前所要施加的电压矢量。本发明专利技术即能够减小转矩和磁链的脉动，同时可以简化编程难度，更易工程实现。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机直接转矩控制优化方法
本专利技术属于永磁同步电机的直接转矩控制
，具体涉及一种永磁同步电机直接转矩控制优化方法。
技术介绍
永磁同步电动机(PMSM)由于自身结构简单，具有转速平稳、动态响应快、过载能力强、可靠性高、结构多样化、应用范围广等优点，已成为研究热点，并得到广泛的应用。直接转矩控制(DTC)摒弃了传统矢量控制中的解耦思想，而是将转子磁通定向更换为定子磁通定向，取消了旋转坐标变换，减弱了系统对电机参数的依赖性，通过实时检测电机定子电压和电流，计算转矩和磁链的幅值，并分别与转矩和磁链的给定值比较，利用所得差值来控制定子磁链的幅值及该矢量相对于磁链的夹角，由转矩和磁链调节器直接输出所需的空间电压矢量，从而达到磁链和转矩直接控制的目的。但直接转矩控制系统存在转矩脉动，开关频率变化、编程复杂等缺陷。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种永磁同步电机直接转矩控制的优化方法，以提高永磁同步电机的控制性能，减小转矩脉动，同时减小逆变器的开关动作次数，减小编程复杂度。本专利技术所采用的技术方案是：一种永磁同步电机直接转矩控制优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：判断给定磁链、转矩和实际磁链、转矩的差值Δψ、ΔT；步骤2：判断Δψ的大小，选择增加、较小或保持磁链；步骤3：判断ΔT是否超过误差转矩限定值；如果ΔT超过转矩误差限定值，则选择非零电压矢量；如果ΔT未超过转矩误差限定值，则选择零电压矢量；步骤4：判断磁链所在扇区；步骤5：根据判定是否使用非零电压矢量和判定的扇区，按照既定的电压矢量开关表选择电压矢量。本专利技术与现有技术相比具有以下的主要的优点：1.与现有技术相比，本专利技术在电压矢量开关表中加入零矢量，使系统在选择电压矢量时，可以选择作用较“温和”的零电压矢量，降低转矩脉动。2.新θ判定方法仅仅需要变量值的正负判定，由判定结果就可以得出相关扇区位置，不需要经过一系列的计算公式，降低了编程难度。附图说明图1为本专利技术实施例的总体结构示意图；图2为本专利技术实施例的流程图；图3为本专利技术实施例的三相电压逆变器的8个空间电压矢量示意图；图4为本专利技术实施例的零电压矢量作用范围和转矩给定示意图；图5是本专利技术实施例的扇区分布图；图6是传统直接转矩控制的定子磁链仿真波形图；图7是传统直接转矩控制的电磁转矩仿真模型图；图8是本专利技术实施例的直接转矩控制定子磁链仿真波形图；图9是本专利技术实施例的直接转矩控制电磁转矩仿真波形图。具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参见图1和图2，本专利技术包括以下步骤：步骤1：判断给定磁链、转矩和实际磁链、转矩的差值Δψ、ΔT；步骤2：判断Δψ的大小，选择增加、较小或保持磁链；步骤3：判断ΔT是否超过误差转矩限定值；如果ΔT超过转矩误差限定值，则选择非零电压矢量；如果ΔT未超过转矩误差限定值，则选择零电压矢量；其中合适的零电压矢量为：得到上一个状态施加的电压矢量后，判断它的开关状态，选择与上个电压矢量开关状态最相近的一个零电压矢量。步骤4：利用新θ判定方法判断磁链所在扇区；新θ判定方法仅仅需要变量的正负值判定，由判定结果可以得出相关扇区位置。步骤5：根据判定是否使用非零电压矢量和判定的扇区，按照既定的电压矢量开关表选择电压矢量。其中既定的电压矢量开关表为含零电压矢量的开关表。如图3所示，由三相电压逆变器得到8个电压空间矢量，包括其中6个非零电压矢量(V1、V2、V3、V4、V5、V6)和两个零电压矢量(V0、V7)。V0、V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7的开关状态分别为000、001、010、011、100、101、110、111.传统直接转矩控制电压矢量开关表没有把零矢量考虑进去，开关表如附表1所示。表1传统直接转矩控制开关表φτθ1θ2θ3θ4θ5θ611V6V2V3V1V5V41-1V5V4V6V2V3V101V2V3V1V5V4V60-1V1V5V4V6V2V3其中φ＝1表示给定磁链大于实际磁链并且两者之差大于磁链误差限定值，此时需要增加磁链；φ＝0表示给定磁链小于实际磁链并且两者之差大于磁链误差限定值，此时需要减小磁链；τ＝1表示给定转矩大于实际转矩并且两者之差大于转矩误差限定值，此时需要增加转矩；τ＝-1表示给定转矩小于实际转矩并且两者之差大于转矩误差限定值，此时需要减小转矩；θ1～θ6为磁链所属扇区。研究表明零电压矢量可以缓慢减小电磁转矩和定子磁链幅值，因为本专利技术为了减小电磁转矩脉动，把零电压矢量加入到电压矢量开关表中，用于减小电磁转矩脉动。如图4所示，为给定转矩，ΔTe为转矩误差限定值，当实际转矩在图4中两条虚线之间的位置时，表明给定转矩和实际转矩之间的差值小于转矩误差限定值，此时可判定电机处于稳态运行状态，需要用零电压矢量来“温和”调节电磁转矩，以减小脉动；当实际转矩在图4中两条虚线以外的位置时，表明给定转矩和实际转矩之间的差值小于转矩误差限定值，此时可判定电机处于动态运行状态，需要用非零电压矢量来“强力”调节电磁转矩，以保证实际转矩快速跟踪给定转矩。本专利技术设定两个变量φ和τ，且令根据τ的取值范围可得到本专利技术的电压矢量开关表如附表2所示。表2本专利技术直接转矩控制开关表φτθ1θ2θ3θ4θ5θ611V6V2V3V1V5V410V7V0V7V0V7V01-1V5V4V6V2V3V101V2V3V1V5V4V600V0V7V0V7V0V70-1V1V5V4V6V2V3采用新θ判定方法来磁链所在扇区，仅仅需要变量值得正负判定，就可以得出磁链所属扇区位置。传统直接转矩控制中扇区判定根据下式得到：在仿真中，需要一定的计算量，增加了编程的复杂度，而在实践中，这种数学操作对于DSP来说太复杂，因为本专利技术使用了另一种方式来确定θ，即根据变量值的正负值来判定，设变量值分别为ψsα、ψsβ以及具体判定结果如附表3所示。表3定子磁链空间矢量扇区判定表新扇区判定方法的推导过程如下：定子磁链的扇区分布如图5所示，ψsα和ψsβ为ψs在α-β轴上的分量，θ1～θ6的角度范围以及对应的正切范围如附表4所示。取表4扇区取值对应表扇区角度范围正切值范围θ1-π/6～π/6-0.577～0.577θ2π/6～π/20.577～+∞θ3π/2～5π/6-∞～-0.577θ45π/6～7π/6-0.577～0.577θ57π/6～3π/20.577～+∞θ63π/2～11π/6-∞～-0.577在此给出和ψsβ正负值所确定的象限条件。判定条件一：当ψsα为+，ψsβ为+，则ψs位于第一象限；判定条件二：当ψsα为+，ψsβ为-，则ψs位于第四象限；判定条件三：ψsα为-，ψsβ为+，则ψs位于第二象限；判定条件四：ψsα为-，ψsβ为-，则ψs位于第三象限。在上述判定条件基础上，为+时，由上述四个判定条件可以得到如下结果。判定条件一下：在第一象限中，满足要求的只有θ1；判定条件二下：在第四象限中满足要求只有θ1；判定条件三下：在第二象限中满足要求的只有θ4；判定条件四下：在第三象限中满足要求的只有θ4。在上述判定条件基础上，为-时，由上述四个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁同步电机直接转矩控制优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：判断给定磁链、转矩和实际磁链、转矩的差值Δψ、ΔT；步骤2：判断Δψ的大小，选择增加、较小或保持磁链；步骤3：判断ΔT是否超过误差转矩限定值；如果ΔT超过转矩误差限定值，则选择非零电压矢量；如果ΔT未超过转矩误差限定值，则选择零电压矢量；步骤4：判断磁链所在扇区；步骤5：根据判定是否使用非零电压矢量和判定的扇区，按照既定的电压矢量开关表选择电压矢量。

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机直接转矩控制优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：判断给定磁链、转矩和实际磁链、转矩的差值Δψ、ΔT；步骤2：判断Δψ的大小，选择增加、较小或保持磁链；步骤3：判断ΔT是否超过误差转矩限定值；如果ΔT超过转矩误差限定值，则选择非零电压矢量；如果ΔT未超过转矩误差限定值，则选择零电压矢量；步骤4：判断磁链所在扇区；步骤5：根据判定是否使用非零电压矢量和判定的扇区，按照既定的电压矢量开关表选择电压矢量。2.根据权利要求1所述的永磁同步电机直接转矩控制优化方法，其特征在于，步骤3中合适的零电压矢量为：得到上一个状态施加的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡红明，方贺，肖寒，刘雪骄，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42