[發明專利]一種恒定開關頻率的永磁同步電機直接轉矩控制方法

有效

• 申請號: 201711240849.6
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108092584B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 樊英;李令;張麗
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02P21/30
• 分類號: H02P21/30;H02P6/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種恒定開關頻率的永磁同步電機直接轉矩控制方法，根據兩個內環輸出的占空比D_f和D_T的符號和大小以及定子磁鏈的角度信息，從優化的開關選擇表中選擇兩個基本電壓矢量，并且根據定子磁鏈的角度信息對磁鏈軸的占空比D_f和D_T進行修正，最后經過歸一化處理后得到轉矩軸y軸電壓分量U_y的占空比D_y、磁鏈軸x軸電壓分量U_x的占空比D_x和零矢量占空比D₀。與現有技術相比，本發明直接輸出占空比的轉矩、磁鏈閉環和優化的開關表解決了傳統直接轉矩開關頻率不恒定，低速轉矩脈動大的問題；對占空比的修正方法進一步減小了磁鏈和轉矩脈動。

技術領域

本發明涉及電機轉矩控制方法，尤其涉及一種恒定開關頻率的永磁同步電機直接轉矩控制方法。

背景技術

永磁同步電機具有結構簡單、體積小、運行效率高、功率因數高、轉動慣量小等特點，在航天、數控機床、電動汽車等領域應用廣泛。

現階段永磁同步電機的速度控制器常采用矢量控制以及傳統的直接轉矩控制，矢量控制需要精確的轉子位置，雖然控制精度高，但是魯棒性差，成本需求高；直接轉矩控制雖然魯棒性強，但開關頻率不恒定且低速下轉矩脈動大，具有一定的局限性。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種恒定開關頻率的永磁同步電機直接轉矩控制方法，以解決傳統直接轉矩開關頻率不恒定，低速轉矩脈動大，以及矢量控制需要反饋轉子位置的問題。

技術方案：本發明包括以下步驟：

(1)測得永磁同步電機的三相定子電流和電壓，經坐標變換后得到兩相靜止坐標下的電流和電壓；

(2)經過基于電壓積分模型的磁鏈計算模塊估算定子磁鏈的大小和相位，檢測轉子速度，測得的轉速與估算速度值之差經轉速PI調節器后得到給定轉矩；

(3)由磁鏈閉環和轉矩閉環直接輸出定子坐標系下、矢量空間的磁鏈軸和轉矩軸電壓矢量占空比；

(4)根據所述磁鏈閉環和轉矩閉環輸出的占空比D_f和D_T的符號和大小，以及定子磁鏈的角度信息，從優化的開關表中選擇兩個基本電壓矢量；

(5)根據定子磁鏈的角度信息對磁鏈軸的占空比D_f和D_T進行修正，最后經過歸一化處理后得到轉矩軸y軸電壓分量U_y的占空比D_y、磁鏈軸x軸電壓分量U_x的占空比D_x和零矢量占空比D₀。

(6)經過PWM輸出環節產生開關信號，經過功率電路后驅動永磁同步電機運行。

步驟(3)中，磁鏈閉環中，磁鏈給定值與反饋值的差值乘以一個系數后輸出磁鏈軸電壓矢量占空比。轉矩閉環中，轉矩給定值與反饋值的差值經過PI調節器輸出轉矩軸電壓矢量占空比。磁鏈閉環和轉矩閉環輸出的占空比幅值限制范圍為-1～1。

步驟(4)中，優化的開關表將電壓矢量空間均分為12個小扇區，在每個扇區內都選取與磁鏈軸和轉矩軸方向盡可能近的基本電壓矢量充當磁鏈軸和轉矩軸電壓矢量。

步驟(5)中，占空比修正環節將兩個閉環輸出的占空比取絕對值，然后對于磁鏈閉環輸出的占空比在其絕對值的基礎上加上或減去k倍的轉矩閉環輸出的占空比的絕對值，k為修正系數，范圍為0.2～0.3。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下優點：1、直接輸出占空比的轉矩、磁鏈閉環和優化的開關表解決了傳統直接轉矩開關頻率不恒定，低速轉矩脈動大的問題；2、基于定子磁鏈的控制方法解決了矢量控制需要反饋轉子位置的問題；3、對占空比的修正方法進一步減小了磁鏈和轉矩脈動。