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共直流母线型开绕组永磁同步电机系统的改进直接转矩控制方法技术方案

技术编号:22332949 阅读:7 留言:0更新日期:2019-10-19 12:49
本发明专利技术公开了一种共直流母线型开绕组永磁同步电机系统的改进直接转矩控制方法,其通过选择产生零序电压为零的6个电压矢量作为基本电压矢量并根据磁链、转矩误差确定每个采样周期的最佳电压矢量,同时引入零电压矢量根据零序回路环的给定零序电压确定零电压矢量的作用位置和作用时间,实现对共直流母线型开绕组永磁同步电机的直接转矩控制。因此,本发明专利技术控制思想简单,实施难度小,动态响应速度快,能够有效抑制零序电流,同时计算量低,系统负担小。

【技术实现步骤摘要】
共直流母线型开绕组永磁同步电机系统的改进直接转矩控制方法
本专利技术属于电机控制
,具体涉及一种共直流母线型开绕组永磁同步电机系统的改进直接转矩控制方法。
技术介绍
共直流母线型开绕组永磁同步电机是一种将传统Y接永磁同步电机的定子绕组两端打开形成开放式绕组并由一个直流电源同时向两端供电的新型结构,这种电机结构简单,能产生丰富的电压矢量进而提高电压等级同时降低系统容错度。由于零序回路闭合,电压矢量和转子磁链谐波产生零序电压会引起零序电流,零序电流会导致电流谐波增加,电机温升和系统损耗,所以有必要讨论并采取合适的方法抑制零序电流。文献《YijieZhouandHengNian,“Zero-SequenceCurrentSuppressionStrategyofOpen-WindingPMSGSystemWithCommonDCBusBasedonZeroVectorRedistribution,”IEEE.Trans.Ind.Electron.,vol.62,no.6,pp.3399–3408,June.2015.》通过分析零电压矢量的作用位置以及持续时间对逆变器产生零序电压的影响,利用零电压矢量实现对零序回路零序电流的抑制。但是这种控制策略是基于矢量控制的改进方法,系统的开关频率较高,控制步骤复杂;与矢量控制相比,直接转矩控制无需磁场定向,同步旋转坐标变换,控制方法简单直观。直接转矩控制将系统的电磁转矩和定子磁链作为控制目标,根据实际值与给定值的误差大小,选取最优电压矢量直接控制系统运行,因此系统模块无需电流控制环,具有更为快速的动态响应效果。文献《K.V.P.KumarandT.V.Kumar,"ImproviseddirecttorquecontrolstrategiesofopenendwindingPMSMfedwithmulti-levelinversion,"2018IEEEInternationalConferenceonIndustrialTechnology(ICIT),Lyon,2018,pp.425-430.》实现了直接转矩控制策略在开绕组永磁同步电机上的应用,然而由于系统采样两个独立电源供电,零序回路保持开路,无需考虑零序电流抑制。目前尚未有文献设计基于直接转矩控制的共直流母线型开绕组永磁同步电机系统策略研究,故为了抑制零序电流,需在常规直接转矩控制的基础上进行相应调整从而改善系统运行性能。
技术实现思路
鉴于上述,本专利技术提供了一种共直流母线型开绕组永磁同步电机系统的改进直接转矩控制方法,通过选择产生零序电压为零的6个电压矢量作为基本电压矢量并根据磁链、转矩误差确定每个采样周期的最佳电压矢量,同时引入零电压矢量根据零序回路环的给定零序电压确定零电压矢量的作用位置和作用时间,实现对共直流母线型开绕组永磁同步电机的直接转矩控制。一种共直流母线型开绕组永磁同步电机系统的改进直接转矩控制方法,包括如下步骤:(1)采集电机的三相定子电流ia~ic、三相定子电压ua~uc、转子位置角θr以及转速ωr;(2)分别对三相定子电流ia~ic以及三相定子电压ua~uc进行坐标变换,得到αβ坐标系下电机定子电流的α轴分量iα和β轴分量iβ以及电机定子电压的α轴分量uα和β轴分量uβ;(3)根据上述信息计算出电机的定子磁链幅值|ψs|、零序电流i0、电磁转矩Te以及αβ坐标系下电机定子磁链的α轴分量ψα和β轴分量ψβ;(4)根据α轴分量ψα和β轴分量ψβ确定定子磁链所处扇区SecN,进而计算出电机的电磁转矩误差ΔTe和定子磁链误差Δ|ψs|;(5)根据电磁转矩误差ΔTe和磁链误差Δ|ψs|判断期望转矩及期望磁链的变化趋势,进而根据定子磁链所处扇区SecN从六组基本电压矢量V1~V6中选择一组作为最佳电压矢量;(6)在下一控制周期内按最佳电压矢量的开关逻辑对逆变器INV1和INV2施加控制,在此基础上选择其中一台逆变器对其作用零电压矢量,即在下一控制周期的前t0/2时段和后t0/2时段内对该逆变器按零电压矢量的开关逻辑施加控制,t0为零电压矢量的作用时长;逆变器INV1和INV2对电机分别产生极性相反的零序电压,其中产生正零序电压的逆变器为逆变器INV1,产生负零序电压的逆变器为逆变器INV2。进一步地,所述步骤(3)中零序电流i0的计算表达式为i0=(ia+ib+ic)/3。进一步地,所述步骤(3)中定子磁链幅值|ψs|的计算表达式为进一步地,所述步骤(3)中电磁转矩Te的计算表达式如下:其中:np为电机极对数,ψ3f为电机转子三次谐波磁链。进一步地,所述步骤(3)中通过以下公式计算αβ坐标系下电机定子磁链的α轴分量ψα和β轴分量ψβ;ψα=∫(uα-Rsiα)dtψβ=∫(uβ-Rsiβ)dt其中:Rs为电机定子电阻,t表示时间。进一步地,所述步骤(4)中确定定子磁链所处扇区SecN的标准为:首先,确定定子磁链矢量ψs在αβ坐标系中与α轴的夹角为θ,ψs=ψα+jψβ,j为虚数单位;若θ∈[0,π/3),即判定定子磁链所处扇区SecN为第3扇区;若θ∈[π/3,2π/3),即判定定子磁链所处扇区SecN为第1扇区;若θ∈[2π/3,π),即判定定子磁链所处扇区SecN为第5扇区;若θ∈[π,4π/3),即判定定子磁链所处扇区SecN为第4扇区;若θ∈[4π/3,5π/3),即判定定子磁链所处扇区SecN为第6扇区;若θ∈[5π/3,2π),即判定定子磁链所处扇区SecN为第2扇区。进一步地,所述步骤(4)中通过以下公式计算电机的电磁转矩误差ΔTe和定子磁链误差Δ|ψs|;Δ|ψs|=|ψs|ref-|ψs|其中:为电磁转矩参考值,|ψs|ref为定子磁链参考值。进一步地,所述电磁转矩参考值为给定的电角速度参考值ωrref与实际转速ωr的误差经PI(比例积分)控制后得到,所述定子磁链参考值|ψs|ref为电机转子基波磁链值。进一步地,所述步骤(5)中判断期望转矩及期望磁链变化趋势的标准为:若电磁转矩误差ΔTe大于给定阈值则期望转矩上升,否则期望转矩下降;若定子磁链误差Δ|ψs|大于给定阈值则期望磁链上升,否则期望磁链下降。进一步地,所述步骤(5)中选择最佳电压矢量的标准如下:当定子磁链所处扇区SecN为第3扇区情况下:若期望转矩上升、期望磁链上升,则最佳电压矢量为V2;若期望转矩上升、期望磁链下降,则最佳电压矢量为V3;若期望转矩下降、期望磁链上升,则最佳电压矢量为V6;若期望转矩下降、期望磁链下降,则最佳电压矢量为V5;当定子磁链所处扇区SecN为第1扇区情况下:若期望转矩上升、期望磁链上升,则最佳电压矢量为V3;若期望转矩上升、期望磁链下降,则最佳电压矢量为V4;若期望转矩下降、期望磁链上升,则最佳电压矢量为V1;若期望转矩下降、期望磁链下降,则最佳电压矢量为V6;当定子磁链所处扇区SecN为第5扇区情况下:若期望转矩上升、期望磁链上升,则最佳电压矢量为V4;若期望转矩上升、期望磁链下降,则最佳电压矢量为V5;若期望转矩下降、期望磁链上升,则最佳电压矢量为V2;若期望转矩下降、期望磁链下降,则最佳电压矢量为V1;当定子磁链所处扇区SecN为第4扇区情况下:若期望转矩上升、期望磁链上升,则本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种共直流母线型开绕组永磁同步电机系统的改进直接转矩控制方法,包括如下步骤:(1)采集电机的三相定子电流ia~ic、三相定子电压ua~uc、转子位置角θr以及转速ωr;(2)分别对三相定子电流ia~ic以及三相定子电压ua~uc进行坐标变换,得到αβ坐标系下电机定子电流的α轴分量iα和β轴分量iβ以及电机定子电压的α轴分量uα和β轴分量uβ;(3)根据上述信息计算出电机的定子磁链幅值|ψs|、零序电流i0、电磁转矩Te以及αβ坐标系下电机定子磁链的α轴分量ψα和β轴分量ψβ;(4)根据α轴分量ψα和β轴分量ψβ确定定子磁链所处扇区SecN,进而计算出电机的电磁转矩误差ΔTe和定子磁链误差Δ|ψs|;(5)根据电磁转矩误差ΔTe和磁链误差Δ|ψs|判断期望转矩及期望磁链的变化趋势,进而根据定子磁链所处扇区SecN从六组基本电压矢量V1~V6中选择一组作为最佳电压矢量;(6)在下一控制周期内按最佳电压矢量的开关逻辑对逆变器INV1和INV2施加控制,在此基础上选择其中一台逆变器对其作用零电压矢量,即在下一控制周期的前t0/2时段和后t0/2时段内对该逆变器按零电压矢量的开关逻辑施加控制,t0为零电压矢量的作用时长;逆变器INV1和INV2对电机分别产生极性相反的零序电压,其中产生正零序电压的逆变器为逆变器INV1,产生负零序电压的逆变器为逆变器INV2。...

【技术特征摘要】
1.一种共直流母线型开绕组永磁同步电机系统的改进直接转矩控制方法,包括如下步骤:(1)采集电机的三相定子电流ia~ic、三相定子电压ua~uc、转子位置角θr以及转速ωr;(2)分别对三相定子电流ia~ic以及三相定子电压ua~uc进行坐标变换,得到αβ坐标系下电机定子电流的α轴分量iα和β轴分量iβ以及电机定子电压的α轴分量uα和β轴分量uβ;(3)根据上述信息计算出电机的定子磁链幅值|ψs|、零序电流i0、电磁转矩Te以及αβ坐标系下电机定子磁链的α轴分量ψα和β轴分量ψβ;(4)根据α轴分量ψα和β轴分量ψβ确定定子磁链所处扇区SecN,进而计算出电机的电磁转矩误差ΔTe和定子磁链误差Δ|ψs|;(5)根据电磁转矩误差ΔTe和磁链误差Δ|ψs|判断期望转矩及期望磁链的变化趋势,进而根据定子磁链所处扇区SecN从六组基本电压矢量V1~V6中选择一组作为最佳电压矢量;(6)在下一控制周期内按最佳电压矢量的开关逻辑对逆变器INV1和INV2施加控制,在此基础上选择其中一台逆变器对其作用零电压矢量,即在下一控制周期的前t0/2时段和后t0/2时段内对该逆变器按零电压矢量的开关逻辑施加控制,t0为零电压矢量的作用时长;逆变器INV1和INV2对电机分别产生极性相反的零序电压,其中产生正零序电压的逆变器为逆变器INV1,产生负零序电压的逆变器为逆变器INV2。2.根据权利要求1所述的改进直接转矩控制方法,其特征在于:所述步骤(3)中零序电流i0的计算表达式为i0=(ia+ib+ic)/3,定子磁链幅值|ψs|的计算表达式为3.根据权利要求1所述的改进直接转矩控制方法,其特征在于:所述步骤(3)中电磁转矩Te的计算表达式如下:其中:np为电机极对数,ψ3f为电机转子三次谐波磁链。4.根据权利要求1所述的改进直接转矩控制方法,其特征在于:所述步骤(3)中通过以下公式计算αβ坐标系下电机定子磁链的α轴分量ψα和β轴分量ψβ;ψα=∫(uα-Rsiα)dtψβ=∫(uβ-Rsiβ)dt其中:Rs为电机定子电阻,t表示时间。5.根据权利要求1所述的改进直接转矩控制方法,其特征在于:所述步骤(4)中确定定子磁链所处扇区SecN的标准为:首先,确定定子磁链矢量ψs在αβ坐标系中与α轴的夹角为θ,ψs=ψα+jψβ,j为虚数单位;若θ∈[0,π/3),即判定定子磁链所处扇区SecN为第3扇区;若θ∈[π/3,2π/3),即判定定子磁链所处扇区SecN为第1扇区;若θ∈[2π/3,π),即判定定子磁链所处扇区SecN为第5扇区;若θ∈[π,4π/3),即判定定子磁链所处扇区SecN为第4扇区;若θ∈[4π/3,5π/3),即判定定子磁链所处扇区SecN为第6扇区;若θ∈[5π/3,2π),即判定定子磁链所处扇区SecN为第2扇区。6.根据权利要求1所述的改进直接转矩控制方法,其特征在于:所述步骤(4)中通过以下公式计算电机的电磁转矩误差ΔTe和定子磁链误差Δ|ψs|;Δ|ψs|=|ψs|ref-|ψs|其中:为电磁转矩参考值,|ψs|ref为定子磁链参考值。7.根据权利要求6所述的改进直接转矩控制方法,其特征在于:所述电磁转矩参考值为给定的电角速度参考值ωrref与实际转速ωr的误差经PI控制后得到,所述定子磁链参考值|ψs|ref为电机转子基波磁链值。8.根据权利要求1所述的改进直接转矩控制方法,其特征在于:所述步骤(5)中判断期望转矩及期望磁链变化趋势的标准为:若电磁转矩误差ΔTe大于给定阈值则期望转矩上升,否则期望转矩下降;若定子磁链误差Δ|ψs|大于给定阈值则期望磁链上升,否则期望磁链下降。9.根据权利要求5所述的改进直接转矩控制方法,其特征在于:所述步骤(5)中选择最佳电压矢量的标准如下:当定子磁链所处扇区SecN为第3扇区情况下:若期望转矩上升、期望磁链上...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙丹程一飞陈文汉
申请(专利权)人:浙江大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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