[發明專利]基于新型脈寬調制的五相永磁容錯電機直接轉矩控制方法

在審

• 申請號: 201510565736.8
• 申請日: 2015-09-08
• 公開（公告）號: CN105245159A
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發明（設計）人: 劉國海;趙萬祥;周華偉;趙文祥;陳鳴;程燃
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02P27/12
• 分類號: H02P27/12;H02P21/05
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及五相永磁電機控制技術，具體是一種用于五相永磁容錯電機的零序電壓諧波注入式脈寬調制的(無位置傳感器)直接轉矩控制(ZVI-CPWMDTC)方法，適用于永磁無刷電機高性能伺服控制領域。

背景技術

直接轉矩控制(DTC)是繼矢量控制之后發展起來的新一代高性能控制策略，具有動態響應好、結構簡單、魯棒性強以及無需轉子信息和旋轉坐標變換等優點，因而得到了廣泛的關注，并取得了一定的成果。

傳統DTC中，采用轉矩和磁鏈的滯環控制器，通過預先制定的離線開關表進行控制，但是存在轉矩和磁鏈脈動較大、逆變器開關頻率不恒定等問題，尤其在用于驅動五相永磁電機時，相電流含有較高的三次諧波，電流畸變率過大。針對上述傳統DTC存在的弊端，國內外學者已經做過大量研究并采取了一些措施。

Martins和Roboam等人于2002年在論文《SwitchingfrequencyimpositionandripplereductioninDTCdrivesbyusingamultilevelconverter》中引入多電平逆變器來增加可選電壓空間矢量的數目，以期獲得轉矩和磁鏈的精確控制，從而達到減小轉矩脈動的目的，但此方法導致開關器件數量增加，使得系統硬件成本上升，且增加了系統復雜性。Mathapati和Bocker于2013年在論文《AnalyticalandofflineapproachtoselectoptimalhysteresisbandsofDTCforPMSM》中通過離線分析三相電機相電流最小的諧波畸變，以此制定最優的滯環環寬以達到逆變器開關頻率恒定的效果，但該方法只是近似達到開關頻率恒定的效果，并不是真正意義上基于開關頻率恒定的DTC，此外，五相永磁電機的空間諧波含量很高，因而該方法在此并不適用。

以上方法都屬于離線控制策略，無法根據實際情況的變化發出最合適的控制信號，于飛和張曉峰等人于2008年在論文《ThedirecttorquecontrolofmultiphasepermanentmagnetsynchronousmotorbasedonlowharmonicspacevectorPWM》中提出一種利用空間電壓矢量調制技術(SVPWM)的直接轉矩控制(SVM-DTC)策略，用來獲得更多連續變化的電壓空間矢量，實現對磁鏈、轉矩更準確的控制。雖然SVM-DTC可保證逆變器開關頻率的恒定，也降低了轉矩和磁鏈的脈動以及相電流的三次諧波含量，但是目前SVM-DTC的實現，都采用矢量控制中SVPWM技術進行發波，也導致一些弊端的存在。一方面，由于每一次發波都要進行扇區的判斷和矢量作用時間的計算，因此在數字控制器中實現起來比較繁瑣且耗費控制器資源，這與DTC運算方便和簡潔的初衷是相悖的；另一方面，由于要進行電壓矢量夾角的三角函數計算和無理數的運算，會因為三角函數的運算而帶來計算誤差。

劉國海和謝瑩等人于2015年在論文《基于載波的五相永磁容錯電機SVPWM算法》中針對五相永磁電機提出了一種等效的SVPWM算法——零序電壓諧波注入式脈寬調制(ZVI-CPWM)策略，為設計多相電機的等效空間矢量調制的直接轉矩控制系統提供了參考。

同時，無位置傳感器控制技術也是電機控制領域的研究熱點，針對永磁同步電機的無位置傳感器控制方法通常有：模型參考自適應、滑模觀測器、高頻注入法、基于電機反電勢的估算法、擴展卡爾曼濾波器等方法。以上方法都需要額外的控制算法進行轉速或者轉子位置角的估測，使得數字控制器中無位置傳感器的實現更為復雜。而直接轉矩控制系統，本身就是一種天然的無位置傳感器算法，將其運用在異步電機中可直接實現無位置傳感器的運行，但是在永磁同步電機驅動系統中，啟動前必須知道電機的初始位置，單純利用直接轉矩控制還無法實現永磁同步電機的無位置運行，所以急需一種簡易的適合于永磁同步電機直接轉矩控制系統下的無位置傳感器運行策略。

發明內容

本發明的目的是提供一種適用于五相永磁容錯電機(FT-PMM)且更加簡易的等效空間矢量調制的(無位置傳感器)直接轉矩控制策略，用以解決五相永磁容錯電機系統中采用傳統DTC存在的轉矩和磁鏈脈動較大、相電流三次諧波含量較高，采用SVPWM技術的SVM-DTC推導及實現起來較為復雜，以及目前無位置傳感器技術實現較為復雜的問題。