一种可抑制转矩脉动的直接转矩控制方法技术

本发明专利技术公开了一种可抑制转矩脉动的直接转矩控制方法，主要包括：建立直观显示转矩、磁链增减程度的MC电压矢量开关表，并基于直观显示转矩、磁链增减程度的MC电压矢量开关表，提出了转矩量化控制的新型MC-DTC占空比计算策略。相比于传统MC-DTC策略，本发明专利技术的新型MC-DTC策略可有效抑制PMSM调速系统转矩脉动，且开关频率固定；相比于其他改进型MC-DTC策略，由于本发明专利技术使用了直观显示转矩、磁链增减程度的MC电压矢量开关表，本发明专利技术的新型MC-DTC策略具有算法简单、不依赖于电机参数和无需旋转坐标变换的优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于驱动电机的功率变换器控制领域，具体涉及采用直接转矩控制的矩阵变换器-永磁同步电机调速系统的性能改善方法。
技术介绍
矩阵变换器(Matrix Converter, MC)无需大体积电能存储设备,对电网谐波污染小，是一种结构紧凑、高功率密度的交-交电力变换器。近年来，随着换流技术、系统稳定性及控制调制策略等方面的不断改善，由MC馈电的电机调速系统已在电梯曳引、风力发电、机器制造等诸多工业领域获得应用。直接转矩控制(Direct Torque Control, DTC)于1986年提出，早期用于控制由电压型逆变器(Voltage Source Inverse, VSI)馈电的感应电机调速系统(VS1-DTC)。由于DTC具有结构简单、不依赖电机参数及无需旋转坐标变换等优势，而备受学者们关注。随着MC控制调制技术的不断成熟，国外学者于2001年提出一种新型DTC并应用于MC馈电的感应电机调速系统(MC-DTC)。该方法不仅可直接控制电机侧的电磁转矩和定子磁链，而且可控制网侧的输入功率因数角。然而，MC-DTC和VS1-DTC均采用滞环比较器和电压矢量选择表的控制结构，在每个控制周期内只使用一个电压矢量，导致电机系统存在转矩脉动过大和开关频率不固定两个主要缺陷。为解决上述缺陷，诸多适用于VSI的改进型DTC被不断提出，随后各国学者将改进型DTC算法优化并移植于MC馈电的电机调速系统。改进算法可做以下归类1、使用多级滞环与多矢量细分。对于VSI，其本身仅有6个幅值、方向固定的有效电压矢量，因此需采用离散空间矢量调制产生56个幅值不等的虚拟电压矢量，利用五级转矩滞环比较器，细分选择虚拟矢量，达到抑制转矩脉动目的。对于MC，由于其本身具有多矢量的特点，即有18种分布在6个方向上的幅值变化矢量，因此可根据幅值细分电压矢量为大、小矢量，采用五级转矩滞环比较器选择电压矢量，实现转矩脉动抑制。研究表明，这类方法保持了 DTC结构简单、无需电机参数及旋转坐标变换等优势，转矩脉动抑制效果良好，但存在开关频率不固定的缺陷。2、使用SVM代替电压矢量选择表(DTC-SVM)。该类方法将转矩和磁链偏差作为输入量，采用PI控制器、无差拍控制器、滑模控制器、预测控制器等来获得电机定子电压参考值，最后根据参考值使用SVM获得实际电压矢量。部分学者将此类方法应用于MC，将MC等效为虚拟整流侧和虚拟逆变侧，在虚拟整流及逆变侧部分或全部应用SVM获得最优输入电流或输出电压。由于SVM可在复平面内产生连续旋转的电压矢量，所以该方法可精确控制电机转矩和磁链，但是其控制结构较传统DTC复杂，通常需要旋转坐标变换且计算量大。3、采用占空比优化计算法。该类方法采用传统DTC开关表选择电压矢量，并通过转矩优化公式计算该电压矢量占空比，使一个周期内转矩偏差量达到最小。此类方法无需旋转坐标变换、可较好的抑制转矩脉动且开关频率固定，但多数优化算法复杂，且对电机参数有较强的依赖性。上述三类改进算法虽然达到抑制电机转矩脉动的目的，但却以牺牲直接转矩控制的部分固有优势为代价，这些算法或计算复杂、或依赖于电机参数、或需要旋转坐标变换，无法做到在巩固控制算法优势的基础上改进劣势。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供，可以有效抑制转矩脉动、获得固定开关频率，同时还保持DTC无需旋转坐标变换、不依赖于电机参数、计算简单、鲁棒性强等优势，本专利技术建立了可直观显示转矩、磁链增减作用的MC电压矢量开关表。为了解决上述技术问题，本专利技术，包括以下步骤步骤一建立直观显示转矩、磁链增减程度的MC电压矢量开关表建立空间旋转坐标系x_y，且将定子磁链Ψ3定位在X轴上，永磁同步电机转矩及定子磁链幅值与定子电压之间的关系如下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可抑制转矩脉动的直接转矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：建立直观显示转矩、磁链增减程度的MC电压矢量开关表建立空间旋转坐标系x?y，且将定子磁链Ψs定位在x轴上，永磁同步电机转矩及定子磁链幅值与定子电压之间的关系如下：ddt|Ψs|=vx---(1)ddtTe∝vy-ωr|Ψs|---(2)式（1）和式（2）中，vx、vy表示定子电压的x?y轴分量；ωr为转子电角速度；|Ψs|为定子磁链幅值；Te为电磁转矩；t为时间；对+1开关组合下的电压矢量V+1进行x?y坐标分解，可得：V+1y=2/3vabsin(-θs)=-2/3Vmcos(αi+π/6)sinθs---(3)V+1x=2/3vabcos(-θs)=2/3Vmcos(αi+π/6)cosθs---(4)式（3）和式（4）中，V+1x表示V+1在x轴投影，V+1y表示V+1在y轴投影；Vm表示MC输入相电压最大值；θs为x轴与电机A相绕组夹角；αi表示MC输入相电压矢量角；定义转矩评价函数τ、磁链评价函数λ、反电势评价函数e如下τ=vy2/3Vm---(5)λ=vx2/3Vm---(6)e=ωr|Ψs|2/3Vm---(7)将式（3）和式（4）分别代入式（5）和式（6）可得+1开关组合的转矩、磁链评价函数τ+1、λ+1：τ+1=?cos(αi+π/6)sinθs???????????（8）λ+1=cos(αi+π/6)cosθs????????????（9）同理，得出MC所有电压矢量的转矩磁链评价函数；转矩评价函数τ、磁链评价函数λ为二元周期函数，在θs∈[0,2π]、αi∈[0,2π]的一个周期中，将θs、αi从0开始每隔π/6划分为一个区间，分别用定子磁链扇区 lθ∈[1,12]、定子电压扇区1α∈[1,12]表示，则整个平面被划分为12×12个区域；用每个区域内的平均值来代表该区域的转矩评价函数τ的值和磁链评价函数λ的值，由此定义转矩评价函数τ、磁链评价函数λ均值计算函数为：pτ=roung[k(π/6)2∫π6(la-1)π6lα∫π6(lθ-1)π6lθτdθsdαi]---(10)pλ=roung[k(π/6)2∫π6(la-1)π6lα∫π6(lθ-1)π6lθλdθsdαi]---(11)式（10）和式（11）中，1α={1,2,3…12}；lθ={1,2,3…12}；round()表示就近取整函数；pτ为转矩评价值，pλ为磁链评价值；取系数k=10，则转矩评价值pτ、磁链评价值pλ为介于?9到+9之间的整数；将式（5）、式（6）和式（7）代入式（1）和式（2）可得转矩评价函数τ、磁链评价函数λ、反电势评价函数e与电机转矩变化率及磁链变化率函数关系式为：ddtTe∝τ-e(12)ddt|Ψs|∝λ---(13)由式（10）、式（11）、式（12）和式（13）可得MC转矩评价值pτ、MC磁链评价值pλ与电机转矩变化率、磁链变化率的函数关系式为：ddtTe≈ddtTe‾∝pτ-pe---(14)ddt|Ψs|≈ddt|Ψs|‾∝pλ---(15)式（14）和式（15）中，正比号左边部分表示电机转矩变化率和磁链变化率在一个区域内的平均值；其中，反电势评价函数平均值pe=round(10e)????????????????????????????????????（16）由式（14）和式（15）可见，经离散、平均化后的转矩、磁链评价值pτ、pλ近似与电机转矩及磁链变化率成正比；将式（8）代入式（10）可计算V+1矢量在全部区域内pτ值，汇总为表格形式得出V+1矢量对转矩增减作用的开关表；该V+1矢量对转矩增减作用的开关表的横表头为定子磁链扇区，纵表头为定子电压扇区；转...

【技术特征摘要】
1.一种可抑制转矩脉动的直接转矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤一建立直观显示转矩、磁链增减程度的MC电压矢...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏长亮，赵家欣，阎彦，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：