[發(fā)明專利]永磁同步電機低逆變器功耗直接轉(zhuǎn)矩控制方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410012091.0
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN103731084A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設計）人: 劉景林;陳俊碩
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種永磁同步電機低逆變器功耗直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：根據(jù)設定的速度參考值ω^*和電機光電編碼器輸出的速度反饋值ω進行PI調(diào)節(jié)，得到參考轉(zhuǎn)矩T_e,ref

T_e,ref＝K_p·e_ω+K_i∫e_ωdt,(K_p＞0,K_i＞0),e_ω＝ω^*-ω；

步驟2：通過電流傳感器測量得到當前k時刻電機的電流值i_s＝[i_a?i_b?i_c]^T和位置傳感器得到的轉(zhuǎn)子位置角θ_r，經(jīng)過坐標變換得到電流i_s在旋轉(zhuǎn)坐標系d、q軸下的電流值i_d、i_q

idiq=23cos(θr)cos(θr-2π3)cos(θr+2π3)-sin(θr)-sin(θr-2π3)-sin(θr+2π3)iaibic]]>

采樣k-1時刻的逆變器的開關狀態(tài)（S_a,S_b,S_c）和直流電壓U_dc，通過下面計算得到當k-1時刻的空間電壓矢量

V(S_a,S_b,S_c，k-1)為8個電壓空間矢量中的一個，經(jīng)過坐標變換分解到d、q軸求得d、q軸上的電壓分量u_d，u_q

uduq=23Udccos(θr)cos(θr-2π3)cos(θr+2π3)-sin(θr)-sin(θr-2π3)-sin(θr+2π3)SaSbSc]]>

步驟3：根據(jù)電流i_s在旋轉(zhuǎn)坐標系d、q軸下的電流值i_d、i_q，通過在d、q坐標系下的永磁同步電機的磁鏈方程，得到當前k時刻的定子磁鏈在d、q軸的分量ψ_d、ψ_q和定轉(zhuǎn)子磁鏈之間夾角δ

ψ_d＝L_di_d+ψ_f

ψ_q＝L_qi_q

ψs=ψd2+ψq2]]>

δ=arctanψqψd]]>

其中ψ_f為電機轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈；

同時用d、q坐標系下永磁同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩方程得到當前k時刻的轉(zhuǎn)矩

T_e＝n_p(ψ_di_q-ψ_qi_d)

步驟4：將上述通過傳感器檢測值計算得到d、q軸定子磁鏈ψ_d、ψ_q和位置傳感器檢測到的轉(zhuǎn)子位置角θ_r作為當前k時刻的狀態(tài)值，通過計算得到的電磁轉(zhuǎn)矩T_e和磁鏈幅值ψ_s作為當前k時刻的系統(tǒng)的輸出值

x(k)=[ψd(k),ψq(k),θr]Ty(k)=[Te(k),ψs(k)]T]]>

依據(jù)當前k時刻的狀態(tài)值，同時依次給定8個不同的逆變器開關狀態(tài)一個u(k)=[S_a,S_b,S_c]^T，通過離散化的永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)數(shù)學模型迭代，求得在該開關狀態(tài)下k+1時刻直接轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)輸出y(k+1)＝[T_e(k+1),ψ_s(k+1)]^T，依次進行迭代最后得到在該開關狀態(tài)下第k+N_s時刻的系統(tǒng)輸出y(k+N_s)＝[T_e(k+N_s),ψ_s(k+N_s)]^T；

迭代過程如下：

ψdq(k+1)=Aψdq(k)+B1ψf+B2P(θr(k)+ωTs)uabc(k)θr(k+1)=θr(k)+ωTsA=e(Y-X)Ts,B1=-X(Y-X)-1·(I-A),B2=X-1(I-e-XTs)]]>

ψs(k+1)=ψd2(k+1)+ψq2(k+1),Te(k+1)=1Ldψf·ψq(k+1)]]>

迭代過程結(jié)束后，將結(jié)果中符合k+N_s時刻的輸出的定子磁鏈值ψ_s(k+N_s)∈[ψ_s,min,ψ_s,max]和轉(zhuǎn)矩值T_e(k+N_s)∈[T_e,min,T_e,max]的開關狀態(tài)作為磁鏈和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)范圍內(nèi)的開關狀態(tài)u(k)=[S_a,S_b,S_c]^T，將些開關狀態(tài)稱為容許開關狀態(tài)；

步驟5:計算每個容許開關狀態(tài)在k+1到k+N_s時刻的輸出磁鏈和轉(zhuǎn)矩的誤差值轉(zhuǎn)矩誤差

ϵT(k)=qT(Te(k)-Te,max)ifTe(k)≥Te,maxqT(Te,min-Te(k))ifTe(k)≤Te,minqt|Te(k)-Te,ref|else]]>

其中T_e,max,T_e,min分別為預先定義的轉(zhuǎn)矩滯環(huán)的上限和下限，q_T=10、q_t=0.1為約束的權重；

定子磁鏈誤差

ϵψ(k)=qF(ψs(k)-ψs,max)ifψs(k)≥ψs,maxqF(ψs,min-ψs(k))ifψs(k)≤ψs,minqf|ψs(k)-ψs,ref|else]]>

Ψ_s,max,Ψ_s,min分別為定子磁鏈滯環(huán)的上下限，其中q_F=10>>q_f=0.2>0,分別為約束權重和偏離參考值的約束權重；

求得的轉(zhuǎn)矩和磁鏈誤差值加上開關次數(shù)約束，在Ns時長內(nèi)疊加后得到每個容許開關狀態(tài)對應的目標函數(shù)

J(x(k),u(k-1),U(k))=Σn=0Ns-1||ϵ1(k+n|k)||1+Σn=1Ns-1||ϵ2(k+n|k)||1]]>

其中ε₁＝ε_u，ε₂＝[ε_T?ε_ψ]^T，ε_u(k)＝q_u(k)‖u(k)-u(k-1)‖₁為開關切換次數(shù)約束，q_u=5是逆變器開關需要切換次數(shù)的權重；

步驟6：選擇使目標函數(shù)J最小的逆變器開關狀態(tài)的序列U^*=[(u(k),…,u(k+N_s-1)]^T，直接用開關序列U^*中第一個開關位置u(k)控制逆變器上半導體開關管的開關位置，使得逆變器輸出三相電壓控制永磁同步電機轉(zhuǎn)動；

然后重復步驟1～6求取下一個采樣時刻k+1需要的開關狀態(tài)。