本发明专利技术公开了一种可改善输入输出性能的矩阵变换器直接转矩控制方法，建立MC评价函数；根据MC评价函数建立新型MC开关表；计算转矩影响因子参、磁链影响因子和输入功率因数影响因子参考值，从MC开关表中查询MC开关组合对应的MC转矩影响因子、磁链影响因子和输入功率因数影响因子数值，建立目标函数，选择使目标函数值最小的MC开关组合，用于控制电机。本发明专利技术与传统方法相比，可有效抑制MC输出侧的转矩及磁链波动，同时改善MC输入侧的输入电流质量。本发明专利技术建立了新型MC开关表，与传统开关表相比，可更全面、更直接、更精细的反应出MC开关组合对系统电磁转矩、定子磁链幅值及输入功率因数的影响程度。
【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(Direct Torque Control, DTC)的矩阵变换器(Matrix Converter, MC)-永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)调速系统的性能改善方法。
技术介绍
矩阵变换器是一种结构紧凑的高效能交-交电力变换器，可较好地满足现代工业对功率变换器在节能和环保性能方面的要求，具有能量双向流动、可产生正弦输入输出电流及输入功率因数可控等优点，极具发展前景。直接转矩控制于1986年提出，早期用于控制由电压型逆变器(Voltage SourceInverse，VSI)馈电的感应电机调速系统(VS1-DTC)。直接转矩控制采用滞环比较器和开关表的控制结构，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。但由于VSI可用电压矢量数量较少，使得VS1-DTC转矩波动较大。为解决这一问题，部分方法将空间矢量调制(SVM)与直接转矩控制相结合，通过SVM在复平面产生连续旋转的电压矢量。该类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。还有部分方法将DTC用于多电平变换器，利用多电平变换器可产生较多电压矢量的特点，减小系统转矩波动。随着MC控制调制技术的不断成熟，2001年，国外学者对传统直接转矩控制进行改进，建立了 MC开关表，成功将DTC应用于由MC馈电的电机调速系统中，可实现电机侧电磁转矩、定子磁链，以及网侧输入功率因数的同时控制。MC具有27种可用开关组合，也具有多电平变换器的性质，然而，上述传统MC-DTC方法未能有效利用MC多空间矢量的特点，使得控制系统仍存在较大的转矩波动。针对这一问题，有些方法重新划分MC输入电压扇区，根据幅值细分MC有效电压矢量为大、小矢量，重建MC开关表，并采用五级转矩滞环比较器选择MC电压矢量。该方法可一定程度上改善控制系统的转矩输出性能。然而，现有的MC-DTC策略沿用了 VS1-DTC的矢量分析方法，在筛选矢量时，需先在VSI开关表中选出虚拟VSI矢量，再根据MC开关表选择MC矢量。这使得MC-DTC只能使用与VSI矢量方向一致的18种MC有效矢量。对于方向不定的6种旋转矢量，MC-DTC未进行分析和讨论。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供，本专利技术控制方法通过建立新型MC开关表，充分有效利用MC全部空间矢量，实现转矩、磁链及网侧输入功率因数的优化控制。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MC评价函数:建立空间旋转坐标系x-y,且将定子磁链Ws定位在X轴上，则永磁同步电机电磁转矩及定子磁链幅值与定子电压存在如下关系:本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可改善输入输出性能的矩阵变换器直接转矩控制方法，包括以下步骤：步骤一、建立MC评价函数：建立空间旋转坐标系x?y，且将定子磁链Ψs定位在x轴上，则永磁同步电机电磁转矩及定子磁链幅值与定子电压存在如下关系：ddt|Ψs|=vx---(1)ddtTe∝vy-ωr|Ψs|---(2)式（1）和式（2）中，vx、vy分别表示定子电压的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，定义MC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=Vy2/3Vim---(3)λ=Vx2/3Vim---(4)e=ωr|Ψs|2/3Vim---(5)式（3）、式（4）和式（5）中，Vx、Vy分别表示MC任意空间电压矢量在x轴及y轴的投影；Vim表示MC输入相电压最大值；在MC?PMSM系统中Vx=vx、Vy=vy，将式（3）、式（4）和式（5）代入式（1）和式（2）得MC转矩评价函数τ、磁链评价函数λ、反电势评价函数e与电磁转矩变化率及定子磁链幅值变化率函数关系式近似为：ddtTe∝τ-e---(6)ddt|Ψs|∝λ---(7)同理，建立p?q空间旋转坐标系，且将MC输入相电压矢量vi定位于p轴上，则输入电流q轴投影Iq与网侧无功电荷量Qq之间的解析关系可表示为：Qq=∫Iqdt????????（8）若实现Qq=0控制，则可获得单位输入功率因数，定义输入功率因数评价函数η如下：η=Iq2/3Iom---(9)式（9）中，Iom表示输出电流最大值；将式（9）代入式（8）得到输入功率因数评价函数η与网侧无功电荷量变化率函数关系式近似为：ddtQq∝η---(10)由式（6）、式（7）和式（10）得出：MC?PMSM系统中的三个被控量：电磁转矩Te、定子磁链幅值|Ψs|及网侧无功电荷量Qq分别近似正比于MC转矩评价函数τ、磁链评价函数λ和输入功率因数评价函数η；MC包括27种开关组合，将每个开关组合对应的输出电压矢量和输入电流矢量分别代入式（3）、式（4）和式（9），从而得出如下表所示的全部MC评价函数：上表中，θs表示电机定子磁链相角，αi表示MC输入相电压相角，βo表示MC输出电流相角；步骤二、根据步骤一的MC评价函数，建立新型MC开关表：对MC转矩评价函数τ、磁链评价函数λ和输入功率因数评价函数η进行离散化、平均化，由此定义MC转矩影响因子pτ、磁链影响因子pλ、输入功率因数影响因子pη如下：pτ=round[k(π/6)2∫π6(lα-1)π6lα∫π6(lθ-1)π6lθτdθsdαi]---(11)pλ=round[k(π/6)2∫π6(lα-1)π6lα∫π6(lθ-1)π6lθλdθsdαi]---(12)pη=round[k(π/6)2∫π6(lα-1)π6lα∫π6(lβ-1)π6lβηdαidβo]---(13)式（11）、式（12）和式（13）中，lα={1,2,…12}为输入电压扇区；lθ={1,2,…12}为定子磁链扇区；lβ={1,2,…12}为输出电流扇区，round()表示就近取整函数，k=10，MC转矩影响因子pτ、磁链影响因子pλ和输入功率因数影响因子pη分别为介于?9到+9之间的整数；由式（6）、式（7）、式（10）、式（11）、式（12）和式（13）得MC转矩影响因子pτ、磁链影响因子pλ和输入功率因数影响因子pη与电磁转矩Te、定子磁链幅值|Ψs|及网侧无功电荷量Qq之间的关系为：ddtTe≈avg(ddtTe)∝pτ-pe---(14)ddt|Ψs|≈avg(ddt|Ψs|)∝pλ---(15)ddtQq≈avg(ddtQq)∝pη---(16)式（14）、式（15）和式（16）中，avg()表示平均值；pe为反电势影响因子，表示为：pe=ro...
【技术特征摘要】
1.一种可改善输入输出性能的矩阵变换器直接转矩控制方法，包括以下步骤: 步骤一、建立MC评价函数: 建立空...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏长亮，赵家欣，阎彦，史婷娜，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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