[發明專利]一種基于空間電壓矢量預測的直接轉矩控制方法

有效

• 申請號: 201810308027.5
• 申請日: 2018-04-08
• 公開（公告）號: CN108448982B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 谷鑫;沈攀;王志強;李新旻;周湛清;夏長亮
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P25/022
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

1.一種基于空間電壓矢量預測的直接轉矩控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)在k時刻，由控制系統對物理量進行采樣，具體包括：電機轉子電角速度ω_e，轉子位置角θ，第k時刻的電機ABC三相電流i_A(k)、i_B(k)和i_C(k)，直流母線電壓u_dc(k)；并求解ABC三相電流的d軸和q軸的電流分量i_d、i_q；

2)將轉速誤差Δω_e通過PI調節器計算得到電磁轉矩參考值T_e^*，將定子磁鏈參考值保持恒定為ψ_s^*；

3)利用電機離散預測模型，根據k時刻電機實際電流在d軸和q軸的電流分量i_d(k)、i_q(k)和經過(k-1)時刻計算的d軸和q軸的電壓矢量V_d、V_q，以及k時刻電機轉子電角速度ω_e，得到(k+1)時刻在d軸和q軸的預測電流值i_d(k+1)、i_q(k+1)，根據預測電流值i_d(k+1)和i_q(k+1)，預測得到控制周期結束時在d軸和q軸的定子磁鏈分量ψ_d(k+1)，ψ_q(k+1)，從而預測得到在k時刻控制周期結束時定子磁鏈和電磁轉矩ψ_s(k+1)，T_e(k+1)；

4)根據計算得到的電磁轉矩參考值T_e^*、定子磁鏈參考值ψ_s^*、電磁轉矩T_e(k+1)、定子磁鏈ψ_s(k+1)的值，計算k+1時刻的定子磁鏈誤差和電磁轉矩誤差Δψ_s，ΔT_e；

5)將轉矩誤差ΔT_e通過PI調節器計算得到電壓矢量基于定子磁鏈定向的旋轉坐標軸的y軸電壓分量V_y(k+1)，然后通過對磁鏈誤差進行計算得到電壓矢量基于定子磁鏈定向的旋轉坐標軸的x軸電壓分量V_x(k+1)，其中x軸y軸是以定子磁鏈定向的旋轉坐標軸；

所述的計算電壓矢量基于定子磁鏈定向的旋轉坐標軸的y軸電壓分量V_y(k+1)，以及計算電壓矢量基于定子磁鏈定向的旋轉坐標軸的x軸電壓分量V_x(k+1)是采用如下公式：

式中K_p為PI調節器比例系數，K_i為PI調節器積分系數，Δψ_s和ΔT_e為k+1時刻的定子磁鏈誤差和電磁轉矩誤差，T_s為IGBT開關周期，同時也為系統控制周期；

6)將旋轉坐標軸的y軸電壓分量V_y(k+1)和x軸電壓分量V_x(k+1)通過坐標變換求出在固定軸α軸和固定軸β軸的電壓分量V_α(k+1)和V_β(k+1)，然后采用兩電平SVPWM調制策略，根據在k時刻計算出的參考電壓矢量在α軸和β軸的電壓分量V_α(k+1)、V_β(k+1)和轉子位置角θ，計算驅動六橋臂逆變器的六路PWM脈沖的占空比，并獲得六路PWM脈沖信號，在k+1時刻輸出六路PWM脈沖信號作用于六橋臂逆變器，得到與所述的電壓分量V_α(k+1)和V_β(k+1)相對應的電壓矢量，輸出相對應的電壓矢量作用于電機，同時在k+1時刻返回步驟1)，循環運行。

2.根據權利要求1所述的一種基于空間電壓矢量預測的直接轉矩控制方法，其特征在于，步驟3)所述的d軸和q軸的預測電流值i_d(k+1)、i_q(k+1)是利用電機離散預測模型得到，具體的計算公式如下：

式中，V_d(k)和V_q(k)是k時刻作用于電機的電壓矢量在d軸和q軸上的分量，即為在(k-1)時刻計算出的下一時刻的參考電壓矢量值；R_s是定子電阻值，T_s為IGBT開關周期，同時也為系統控制周期；L_d、L_q為定子d軸和q軸電感，ψ_f為轉子永磁體磁鏈；ω_e為當前采樣周期kT_s時的轉速值，由于電機的機械常數對電氣常數而言比較大，所以設定在整個控制周期不發生變化，即ω_e(k+1)＝ω_e(k)。