基于占空比分配的双三相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了一种基于占空比分配的双三相永磁同步电机直接转矩控制方法。采用空间矢量解耦的方法，将双三相永磁同步电机的六相分别映射到三个平面，产生幅值不同的四种非零矢量；从中抽取两个非零矢量，合成为两种虚拟矢量集；根据评价参数选择获得主虚拟矢量和从虚拟矢量；根据评价参数处理获得主从虚拟矢量的占空比；通过将主虚拟矢量和从虚拟矢量合成为一个电压矢量，并在一个控制周期内施加到双三相永磁同步电机的六相线上。本发明专利技术控制方法解决双三相永磁同步电机电流谐波含量大、转矩磁链波动大和硬件实现难度大等技术问题，减小双三相永磁同步电机固有5、7次谐波含量，减小双三相永磁同步电机的转矩和磁链波动，便于硬件实现。实现。实现。

【技术实现步骤摘要】
基于占空比分配的双三相永磁同步电机直接转矩控制方法


[0001]本专利技术涉及多相永磁同步电机控制领域的一种永磁同步电机控制方法，提 出一种适用于双三相永磁同步电机高性能运行控制的基于占空比分配策略的直 接转矩控制方法。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术飞速发展，先进控制理论和高性能微处理器的相继问世， 为实现更加复杂电机控制策略提供了有利条件。各国学者也对低电压高功率、 高可靠性的系统进行更加深入研究。伴随着永磁体材料制造成本大幅降低，具 有众多优点的多相永磁同步电机在日常生活和工业制造中得到广泛应用。对于 功率需求较大、可靠性要求较高的航空航天、电动汽车、船舰驱动等重要行业 而言，普通三相驱动系统已满足不了其需求，需要使用优势更为明显的多相电 机驱动系统。与普通三相电机相比，双三相永磁同步电机具有转矩波动小、容 错能力强、可实现低压大功率等诸多优点。
[0003]直接转矩控制发展历程较长且技术比较成熟。相比其他控制策略而言，直 接转矩控制可以减少复杂的坐标变换，并有较快的动态转矩响应能力。对于驱 动双三相永磁同步电机运行的六相逆变器，会产生众多幅值不同、方向不同的 电压矢量，极大增加了双三相永磁同步电机直接转矩控制方法的设计难度。
[0004]然而，双三相永磁同步电机的直接转矩控制方法依然存在较多问题：其数 学模型在生成三个相互垂直的子平面时，在谐波子平面的漏感会使电机在运行 期间产生较大的5、7次电流谐波；其次对电磁转矩、定子磁链控制效果不精 确，存在较大转矩和磁链波动等问题；同时由不同占空比数值合成的虚拟矢量 会生成不对称开关序列，极大增加了硬件实现难度，降低了谐波抑制的有效性。

技术实现思路

[0005]为了解决双三相永磁同步电机电流谐波含量大、转矩磁链波动大和硬件实 现难度大等技术问题，本专利技术提出了一种适用于双三相永磁同步电机的基于占 空比分配的直接转矩控制方法。
[0006]本专利技术的技术方案包括如下步骤：
[0007]步骤一：针对双三相永磁同步电机采用空间矢量解耦的方法，将双三相永 磁同步电机的六相分别映射到α
‑
β子平面、x
‑
y子平面和o1‑
o2子平面的三个平面， 产生两个非零矢量，合成获得两种虚拟矢量，且使虚拟矢量在x
‑
y子平面的作 用效果为零；
[0008]所述步骤一，具体是将双三相永磁同步电机的六相分别映射到α
‑
β子平面、 x
‑
y子平面和o1‑
o2子平面，且三个子平面在空间中两两垂直；其中α
‑
β子平面上 电机的各分量为基波分量，参与机电能量转换；x
‑
y子平面和o1‑
o2子平面为谐 波子平面，不参与机电能量转换；双三相永磁同步电机两套绕组中性点相互隔 离，其o1‑
o2子平面可忽略不计；其余α
‑
β子平面和x
‑
y子平面会产生幅值不同 的四种非零矢量，再从四种非零矢量中抽取两个非零矢
量，合成获得两种虚拟 矢量集，且使合成的虚拟矢量集在x
‑
y子平面的作用效果为零。
[0009]步骤二：根据定子磁链位于不同扇区的情况处理获得所选出的虚拟矢量集 的评价参数，根据评价参数选择获得主虚拟矢量和从虚拟矢量；
[0010]步骤三：根据评价参数处理获得主从虚拟矢量的占空比d
m
和d
s
；
[0011]步骤四：对主从虚拟矢量的占空比d
m
和d
s
经过规范化处理获得主从虚拟 矢量的实际占空比d
′
m
和d
′
s
，通过将主虚拟矢量和从虚拟矢量以各自的实际占空 比d
′
m
和d
′
s
合成为一个电压矢量，将电压矢量在控制周期施加到双三相永磁同步 电机的六相线上，使主从虚拟矢量共同作用于双三相永磁同步电机的一个控制 周期内，实现直接转矩控制。
[0012]当主从虚拟矢量作用于整个控制周期时，主从虚拟矢量在不同扇区会形成 不同的开关序列，主从虚拟矢量在一个周期内开关次数较多且波形不对称，根 据输出电压的平均值与脉冲宽度和脉冲位置的关系，可以将主从虚拟矢量的开 关序列重新修正为对称波形，降低了硬件实现难度。
[0013]所述步骤一中，α
‑
β子平面和x
‑
y子平面会产生四种非零矢量，分别为12 个大非零矢量V
Ln
、12个次大非零矢量V
MLn
、24个中非零矢量V
Mn
、12个小非 零矢量V
Sn
，n表示序数。四种非零矢量的幅值大小如下公式处理获得：
[0014][0015]式中，|V
Ln
|、|V
MLn
|、|V
Mn
|和|V
Sn
|分别表示大非零矢量幅值、次大非零矢量 幅值、中非零矢量幅值和小非零矢量幅值；U
dc
为直流母线电压。
[0016]所述步骤一中，从四种非零矢量中抽取两个非零矢量，通过调整两个非零 矢量的作用时间合成虚拟矢量，组建获得两种虚拟矢量集，具体共有两种合成 方式：
[0017]从四种非零矢量中抽取相对应的两个非零矢量，通过调整两个非零矢量的 作用时间，使虚拟矢量在x
‑
y子平面的作用效果为零，合成为两种虚拟矢量集。 具体合成方式为：第一种虚拟矢量集包括12个虚拟矢量，用V
1n
(n＝1,
…
,12)表 示，使用幅值为|V
Ln
|的大非零矢量和幅值为|V
MLn
|的次大非零矢量合成；第二种 虚拟矢量集包括12个虚拟矢量，用V
2n
(n＝1,
…
,12)表示，使用幅值为|V
MLn
|的次 大非零矢量和幅值为|V
Sn
|的小非零矢量合成。
[0018]第一种虚拟矢量集的合成方式：
[0019][0020]第二种虚拟矢量集的合成方式：
[0021][0022]式中，T
s
为一个控制周期时长；t1、t2和t3分别为大非零矢量、次大非零矢 量和小非零矢量的作用时间；|V
1nαβ
|和|V
1nxy
|分别为第一种虚拟矢量在α
‑
β子平面 和x
‑
y子平面内的幅值；|V
2nαβ
|和|V
2nxy
|分别为第二种虚拟矢量在α
‑
β子平面和x
‑ꢀ
y子平面内的幅值。
[0023]根据转矩给定值与转矩实际值之间的差值ΔT
e
数值的大小来判断出双三相 永磁同步电机的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于占空比分配的双三相永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征在于：步骤一：针对双三相永磁同步电机采用空间矢量解耦的方法，将双三相永磁同步电机的六相分别映射到α
‑
β子平面、x
‑
y子平面和o1‑
o2子平面的三个平面，产生两个非零矢量，合成获得两种虚拟矢量，且使虚拟矢量在x
‑
y子平面的作用效果为零；步骤二：处理获得所选出的虚拟矢量集的评价参数，根据评价参数选择获得主虚拟矢量和从虚拟矢量；步骤三：根据评价参数处理获得主从虚拟矢量的占空比d
m
和d
s
；步骤四：对主从虚拟矢量的占空比d
m
和d
s
经过规范化处理获得主从虚拟矢量的实际占空比d
′
m
和d
′
s
，通过将主虚拟矢量和从虚拟矢量以各自的实际占空比d
′
m
和d
′
s
合成为一个电压矢量，将电压矢量在控制周期施加到双三相永磁同步电机的六相线上，使主从虚拟矢量共同作用于双三相永磁同步电机的一个控制周期内。2.根据权利要求1所述的一种基于占空比分配的双三相永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征在于：所述步骤一中，α
‑
β子平面和x
‑
y子平面会产生四种非零矢量，分别为12个大非零矢量V
Ln
、12个次大非零矢量V
MLn
、24个中非零矢量V
Mn
、12个小非零矢量V
Sn
，n表示序数。四种非零矢量的幅值大小如下公式处理获得：式中，|V
Ln
|、|V
MLn
|、|V
Mn
|和|V
Sn
|分别表示大非零矢量幅值、次大非零矢量幅值、中非零矢量幅值和小非零矢量幅值；U
dc
为直流母线电压。3.根据权利要求1所述的一种基于占空比分配的双三相永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征在于：所述步骤一中，从四种非零矢量中抽取两个非零矢量，通过调整两个非零矢量的作用时间合成虚拟矢量，组建获得两种虚拟矢量集，具体共有两种合成方式：第一种虚拟矢量集的合成方式：
第二种虚拟矢量集的合成方式：式中，T
s
为一个控制周期时长；t1、t2和t3分别为大非零矢量、次大非零矢量和小非零矢量的作用时间；|V
1nαβ
|和|V
1nxy
|分别为第一种虚拟矢量在α
‑
β子平面和x
‑
y子平面内的幅值；|V
2nαβ
|和|V
2nxy
|分别为第二种虚拟矢量在α
‑
β子平面和x
‑
y子平面内的幅值。4.根据权利要求1所述的一种基于占空比分配的双三相永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征在于：根据转矩给定值与转矩实际值之间的差值ΔT
e
数值的大小来判断出双三相永磁同步...

【专利技术属性】
技术研发人员：周湛清，李晨，史婷娜，耿强，曹彦飞，夏长亮，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：