一种简单的电动机直接转矩控制器制造技术

本发明专利技术公开一种简单的电动机直接转矩控制器，包括有三相电压源逆变器，电流和电压传感器，ａｂｃ／ｄｑ轴坐标变换器，通用算数积分模拟电路，转矩给定输入，参考磁链生成器，ｑ轴磁链误差滞环比较器，ｄ轴磁链误差滞环比较器，电压向量选择器，门极驱动器。本发明专利技术结构简单，响应迅速，控制灵活，成本低，最大优点是改变了传统的直接转矩控制方法中以软件为基础，以数字信号处理器（ＤＳＰ）为核心的设计思路，所以不再是一种基于软件的控制方案，同时不再有模数转换所需要的固有时间延迟，有效的提高控制系统的响应速度，可以实现感应电动机的快速转矩控制，也为进一步对直接转矩控制器特性的研究和利用提供了一种新的设计思路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电动机直接转矩控制器。特别是涉及一种结构简单，响应迅速，控 制灵活，低成本，不采用流行的以DSP为核心的控制结构，而使用精简的数字、模拟电 路实现核心控制功能，消除原系统固有的模数转换时间延迟的电动机直接转矩控制器。
技术介绍
对于当代工业来说，高性能的变速驱动设备已经成为必不可少的一部分。早期，一 般用直流电动机满足高性能的要求，因为它们能够提供快速的转矩和转速控制性能。但 是由于直流电动机的一些缺点，人们开始研究交流调速，特别是感应电机调速系统。经 过世界各国研究人员的不懈努力，交流调速系统的瞬态转矩输出性能已经有了很大的提 高，基本上接近直流调速系统的转矩响应特性。其中一个里程碑是由Takahashi提出的 直接转矩控制方法。在直接转矩控制方法中，所有的数据处理相关工作都由具有A/D转换等快速功能单 元的数字信号处理器(DSP)来完成。虽然其具有灵活的功能和友好的用户接口，但是其 控制器的成本也明显增加，这就限制了直接转矩控制器的推广。这类基于DSP核心的控 制器另一个缺点是所有的模拟电流和电压信号都要由DSP进行模数转换，这样就不可避 免的产生一个时间延迟，基于DSP设备的这类典型延迟时间是100us，这类延迟是DSP 对输入的模拟量进行处理的固有延迟；另外就是由于对DSP信道的复用占用了部分时间。 延迟时间的存在，限制了可以获得的脉宽调制频率，进而影响逆变器的工作频率，因此， 相应的电动机的工作磁链，电流和转矩的脉动难以降低到理想的范围之内。为了进一步 提高脉宽调制开关频率从而提高系统的工作性能， 一种方法是不惜成本的提高处理器的 性能，让它的工作速度更快，同时带有更多、更快的A/D和D/A转换通道。这无疑对中 小型企业来说是不能接受的，对于该类直接转矩控制器在市场的推广也是不利的。因此 设计一种结构简单，响应迅速，控制灵活，低成本的电动机直接转矩控制器势在必行。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提出了一种结构简单，响应迅速，控制灵活，低成 本，不采用流行的DSP核心控制结构，而使用精简的数字、模拟电路完成主要的控制功 能的电动机直接转矩控制器。本专利技术所采用的技术方案是 一种简单的电动机直接转矩控制器，包括有三相电压 源逆变器(1)，其特征在于，还设置有电流传感器(2),电压传感器(3) ， abc/dq轴坐标变换器(4)，通用算数积分模拟电路(5)，转矩给定输入(6)，参考磁链生成 器(7) ， q轴磁链误差滞环比较器(8) ， d轴磁链误差滞环比较器(9)，电压向量选择 器(10)，门极驱动器(11)。所述的参考磁链生成器(7)，包括有比例积分器(71)，压频变换器(72)，脉冲 计数器(73)，参考磁链正弦数据存储器(74)，参考磁链余弦数据存储器(75),参 考磁链正弦数据数模变换器(76)和参考磁链余弦数据数模变换器(77)。所述的比例积分器(71)是由通用的比例积分电路构成，用于将转矩给定输入(6) 所设置参考目标转矩值7^f与实际计算转矩7i的误差进行比例积分运算，积分结果送入 压频变换器(72)。压频变换器(72)接收比例积分器(71)的电压输出信号，并将电 压信号线性变换为相应的频率信号，为脉冲计数器(73)提供计数用时钟脉冲。脉冲计 数器(73)采用ll位标准的二进制计数器芯片，用于记录压频变换器(72)输出的脉冲 个数，脉冲计数器(73)输出的脉冲计数值用于寻址参考磁链正弦数据存储器(74)和 参考磁链余弦数据存储器(75)。所述的参考磁链正弦数据存储器(74)和参考磁链余弦数据存储器(75)都采用2K 容量的FLASH存储芯片，为了产生dq轴坐标系中的参考磁链信号，可以把dq轴坐标系-中的参考磁链信号等效为正弦波和余弦波信号，并离散化正弦波和余弦波信号，把离散 值存储在两个独立的FLASH存储器中。当参考磁链正弦数据存储器(74)和参考磁链余 弦数据存储器(75)接收到由脉冲计数器(73)输出的ll位脉冲计数值即寻址信号后， 存储器就把相应地址中的数据输出，并分别送到参考磁链正弦数据数模变换器(76)和 参考磁链余弦数据数模变换器(77)中。所述的参考磁链正弦数据数模变换器(76)和参考磁链余弦数据数模变换器(77) 分别接收来自参考磁链正弦数据存储器(74)和参考磁链余弦数据存储器(75)的参考 磁链数字量，并将其转化为相应的模拟量，其输出即为dq轴坐标系参考磁链值^K和W(re/ 。所述的电流传感器(2)和电压传感器(3)，用于检测电机的线电流m和线电压t^，A。。并将检测数据提供给abc/dq轴坐标变换器(4)，作为其坐标变换的参数。abc/dq轴坐标变换器(4)，将abc三相坐标轴系中线电压^，^和定子电流d^利用幅值不变换原理转换成两相静止dq轴坐标系电压t^， 和电流^,L 。所述的通用算数积分模拟电路(5)由通用的加法、减法、乘法和积分运算电路模块 组成，用于根据abc/dq轴坐标变换器(4)输出的电压^，w^和电流^，/必以及定子电阻，计算稳态dq轴坐标系中的磁链值^,，^^ 。所述的q轴磁链误差滞环比较器(8)和d轴磁链误差滞环比较器(9)，用于接收 dq轴坐标系中实际的磁链成分与参考的磁链成分进行比较产生的误差，两个独立的滞环比较器(8)和(9)内部分别具有预先设置好的滞环边界带A^，A^^，当输入的误差值超过边界带的上限，比较器的输出为高电平，意思是实际的磁链需要沿轴向提高。当输 入的误差值超过边界带的下限，比较器的输出为低电平，说明实际的磁链需要被降低。 两个独立的滞环比较器(8)和(9)输出值送入电压向量选择器(10)。所述的电压向量选择器(10)根据q轴磁链误差滞环比较器(8)和d轴磁链误差滞 环比较器(9)的输出选择恰当的电压向量送入门极驱动器(11)。门极驱动器(11)根 据输入的电压向量驱动三相电压源逆变器(1)，使其工作在恰当的工作方式，实现三相 感应电动机(12)的快速直接转矩控制。本专利技术提出了一种简单的电动机直接转矩控制器设计方案，降低系统成本的同时可 以获得更高的脉宽调制开关频率。整个的控制方案由低成本，通用的离散电子元器件构 成，而不用复杂的数字信号处理设备如DSP等。所开发的简单的电动机直接转矩控制器 对新型直接转矩控制器的设计提供了一种新的思路，并有望在低中档的感应电机调速系 统中得到广泛的应用。附图说明图1简单的电动机直接转矩控制器系统原理图，-图2参考磁链生成器内部结构图； 图3空间电压矢量示意图 图4 d轴滞环比较器边界带示意图 图5 q轴滞环比较器边界带示意图其中1:三相电压源逆变器 3:电压传感器 5:通用算数积分模拟电路 7:参考磁链生成器 9: d轴磁链误差滞环比较器 11:门极驱动器 71:比例积分器 73:脉冲计数器 75:参考磁链余弦数据存储器 77:参考磁链余弦数据数模变换器具体实施例方式下面结合实施例和附图对本专利技术一种简单的电动机直接转矩控制器做出详细说明。 如图1所示，本专利技术的一种简单的电动机直接转矩控制器，包括有三相电压源逆变2:电流传感器4: abc/dq轴坐标变换器6:转矩给定输入8: q轴磁链误差滞环比较器10:电压向量选择器 12:三相感应电动机 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种简单的电动机直接转矩控制器，包括有三相电压源逆变器（１），其特征在于，还设置有：电流传感器（２），电压传感器（３），ａｂｃ／ｄｑ轴坐标变换器（４），通用算数积分模拟电路（５），转矩给定输入（６），参考磁链生成器（７），ｑ轴磁链误差滞环比较器（８），ｄ轴磁链误差滞环比较器（９），电压向量选择器（１０），门极驱动器（１１）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高圣伟，蔡燕，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]