[發明專利]永磁同步電機無差拍直接轉矩控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201710390722.6
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107154763B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 樊英;王武森
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/13;H02P21/30
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 鄭晶

本發明公開了一種永磁同步電機無差拍直接轉矩控制系統及控制方法，解決了永磁同步電機采用傳統矢量控制或直接轉矩控制分別帶來的轉矩響應較慢和轉矩紋波較大的問題。本發明方法根據永磁同步電機電壓、電流、磁鏈、電磁轉矩的關系，在離散狀態下利用數值積分原理構造了一種狀態觀測器，同時引入PI調節器消除觀測誤差，實現了對下一控制周期系統狀態的準確預測，基于該觀測器建立永磁同步電機無差拍直接轉矩控制系統，在保持轉矩響應快的同時減小了轉矩紋波，提高了永磁同步電機運行性能。

技術領域

本發明屬于電機技術領域，尤其涉及一種永磁同步電機無差拍直接轉矩控制系統及控制方法。

背景技術

本發明主要應用對象為電動汽車用永磁同步電機。電動汽車用永磁同步電機包括集中驅動式和輪轂驅動式兩種。集中驅動式永磁同步電機體積小、重量輕、轉矩密度大，輪轂驅動式場調制型永磁輪轂電機(本質也是永磁同步電機)基于磁場調制原理，具有輸出低轉速、大轉矩的特性，它們在電動汽車驅動系統中都有很大的應用前景。目前，電動汽車用永磁同步電機常采用的控制策略為矢量控制，矢量控制算法簡單、易于操作，但其轉矩響應相對較慢。為了提高轉矩響應，可采用直接轉矩控制。直接轉矩控制具有較快的轉矩響應，但其采用滯環控制的方法帶來了逆變器開關頻率不固定、轉矩紋波較大等問題。無差拍直接轉矩控制是一種改進的控制策略，利用永磁同步電機的數學模型，在離散狀態下根據轉矩和磁鏈的給定值直接計算出參考電壓矢量，在母線電壓滿足要求的情況下可以實現在一個控制周期內消除轉矩和磁鏈誤差。但是由于采樣和計算時間的存在，當前控制周期產生的控制信號必需等到下一控制周期才能給到逆變器，這嚴重影響了系統的穩定性。

為了解決無差拍直接轉矩控制一周期延遲的問題，使無差拍直接轉矩控制能在永磁同步電機中有效應用，可以利用狀態觀測器在當前控制周期預測出下一控制周期系統的狀態，并通過無差拍控制算法計算出下一控制周期應產生的控制信號，在下一控制周期開始時給到逆變器，消除延遲。

發明內容

發明目的：為了解決現有技術中永磁同步電機采用矢量控制或直接轉矩控制分別帶來的轉矩響應較慢和轉矩紋波較大的問題，本發明提出了一種永磁同步電機無差拍直接轉矩控制系統及控制方法，基于離散狀態觀測器對定子電流進行預測，實現永磁同步電機無差拍直接轉矩控制。

技術方案：為了實現上述目的，本發明中永磁同步電機無差拍直接轉矩控制系統，包括：編碼器、狀態觀測器、無差拍控制器、SVPWM調制模塊、逆變器；對于某一控制周期k，

所述編碼器用于獲取電機旋轉電角速度ω_r和電機轉速n；利用所述電機轉速n與轉速給定值n_ref的偏差通過PI調節器計算電磁轉矩給定值Te_ref；

所述狀態觀測器用于根據當前控制周期永磁同步電機的定子電流和定子電壓以及電機旋轉電角速度ω_r計算下一控制周期定子磁鏈的預測值和電磁轉矩的預測值Te^*；

所述無差拍控制器以電磁轉矩給定值Te_ref與電磁轉矩預測值Te^*所求得的轉矩偏差ΔTe以及定子磁鏈的預測值作為輸入參數計算參考電壓v_d和v_q；

所述SVPWM調制模塊根據所述參考電壓v_d和v_q經Park逆變換所得到的兩相電壓生成逆變器的控制信號；

所述逆變器用于根據所述控制信號控制永磁同步電機的電壓。

其中，所述狀態觀測器包括電流預測模塊、磁鏈預測模塊和轉矩預測模塊。