[發(fā)明專利]無(wú)差拍轉(zhuǎn)矩控制裝置、方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911023547.2
• 申請(qǐng)日: 2019-10-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110661462B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 向超群;成庶;李卓鑫;張璐琳;陳春陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/05
• 分類號(hào): H02P21/05;H02P27/12;H02P21/30
• 代理公司: 北京風(fēng)雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 曾志鵬

本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)差拍轉(zhuǎn)矩控制裝置、方法和系統(tǒng)。其中，無(wú)差拍轉(zhuǎn)矩控制方法包括：包括：接收參考轉(zhuǎn)矩定子電壓μ_sα,μ_sβ，定子電流i_sα,i_sβ，定子電阻R_s，離散周期T_s，定、轉(zhuǎn)子自感和定轉(zhuǎn)子互感L_s，L_r，L_m，電機(jī)極對(duì)數(shù)p；計(jì)算定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈；計(jì)算k時(shí)刻感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩；計(jì)算k時(shí)刻感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩角；計(jì)算轉(zhuǎn)矩角增量；對(duì)定子磁鏈離散化，得到k時(shí)刻的定子磁鏈，以及k時(shí)刻參考定子磁鏈；計(jì)算k時(shí)刻的定子電壓。根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案，通過(guò)無(wú)差拍控制代替直接轉(zhuǎn)矩控制的滯環(huán)比較器，并加入延時(shí)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的準(zhǔn)確跟蹤，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，固定了開(kāi)關(guān)頻率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間電壓矢量脈寬調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制，尤其涉及一種無(wú)差拍轉(zhuǎn)矩控制裝置、方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

三電平逆變器是一種低諧波含量和低開(kāi)關(guān)損耗的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，相比兩電平逆變器，開(kāi)關(guān)器件具有更低的電壓應(yīng)力，在高壓大功率領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，而三相八開(kāi)關(guān)作為三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的容錯(cuò)結(jié)構(gòu)，與四橋臂冗余結(jié)構(gòu)相比，器件更少，操作簡(jiǎn)單。但三相八開(kāi)關(guān)拓?fù)浯嬖谥绷鱾?cè)支撐電容分壓不均的問(wèn)題，即中點(diǎn)電位偏移，會(huì)增大電壓的諧波含量，增大功率管兩端承受的電壓，影響負(fù)載的正常運(yùn)行。針對(duì)上述問(wèn)題，文獻(xiàn)“三相八開(kāi)關(guān)的兩級(jí)式T型光伏并網(wǎng)逆變器研究”將TL-Boost電路作為三相八開(kāi)關(guān)的輸入，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管的通斷來(lái)控制中點(diǎn)電位。文獻(xiàn)“三相八開(kāi)關(guān)容錯(cuò)逆變器驅(qū)動(dòng)PMSM系統(tǒng)模型預(yù)測(cè)直接轉(zhuǎn)矩控制”采用模型預(yù)測(cè)直接轉(zhuǎn)矩控制，根據(jù)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，建立電壓矢量影響轉(zhuǎn)矩、磁鏈和中點(diǎn)電位的代價(jià)函數(shù)，選擇代價(jià)函數(shù)最小的矢量作為最優(yōu)適量輸出，在一定程度上抑制了中點(diǎn)電位的波動(dòng)，但代價(jià)函數(shù)中磁鏈、轉(zhuǎn)矩和中點(diǎn)電位項(xiàng)對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)的確定比較困難。文獻(xiàn)“八開(kāi)關(guān)三相逆變器-感應(yīng)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制算法”在直接轉(zhuǎn)矩控制原有的滯環(huán)比較器基礎(chǔ)上，加入了中點(diǎn)電位滯環(huán)比較器，并制成了新的開(kāi)關(guān)矢量表，在控制電磁轉(zhuǎn)矩和磁鏈的同時(shí)兼顧中點(diǎn)電位。

直接轉(zhuǎn)矩控制(Direct Torque Control，DTC)是一種響應(yīng)快速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、魯棒性好的交流電機(jī)控制方法。但傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制采用滯環(huán)比較控制代替電流環(huán)，無(wú)法精確控制磁鏈和轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致磁鏈和轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，而且磁鏈和轉(zhuǎn)速的觀測(cè)精度直接影響系統(tǒng)的控制精度；由于器件的開(kāi)關(guān)頻率不固定，輸出電流產(chǎn)生不同頻率的諧波。針對(duì)上述問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做出了研究，文獻(xiàn)“表貼式永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制變角度預(yù)測(cè)控制”和“表貼式永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制變幅值預(yù)測(cè)控制研究”通過(guò)等分電壓矢量的幅值和相角，通過(guò)計(jì)算預(yù)測(cè)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩與給定值的偏差最小，來(lái)選擇最優(yōu)的電壓矢量輸出，減小了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。文獻(xiàn)“基于二階滑模算法的永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制研究”將用二階滑模控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PI控制器，減小了磁鏈和轉(zhuǎn)矩的觀測(cè)誤差帶來(lái)的影響，減小了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。文獻(xiàn)“永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制新型占空比調(diào)制策略”通過(guò)比較電壓矢量對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的作用程度制定了基于磁鏈和轉(zhuǎn)矩權(quán)重因子的新型開(kāi)關(guān)表，選出最優(yōu)矢量，然后根據(jù)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的復(fù)合脈動(dòng)最小，計(jì)算出所選矢量的最優(yōu)占空比，兼顧了磁鏈脈動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。文獻(xiàn)“基于滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制研究”和“感應(yīng)電機(jī)滑模磁鏈觀測(cè)器的直接轉(zhuǎn)矩控制研究”采用滑模觀測(cè)器，分別對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)速進(jìn)行觀測(cè)，提高了系統(tǒng)的魯棒性和控制精度，加快了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。文獻(xiàn)“基于恒定頻率轉(zhuǎn)矩控制器的感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制”將轉(zhuǎn)矩PI與兩個(gè)相反的三角波比較，代替滯環(huán)比較器，固定了開(kāi)關(guān)頻率，減小了電流諧波。文獻(xiàn)“一種改進(jìn)的異步電機(jī)模型預(yù)測(cè)直接轉(zhuǎn)矩控制方法”基于傳統(tǒng)的有延時(shí)補(bǔ)償?shù)哪Ｐ皖A(yù)測(cè)直接轉(zhuǎn)矩控制，在轉(zhuǎn)矩和磁鏈的代價(jià)函數(shù)中加入了開(kāi)關(guān)次數(shù)項(xiàng)，用來(lái)限制開(kāi)關(guān)頻率，并優(yōu)化了矢量選擇器，用預(yù)測(cè)的參考電壓矢量所在扇區(qū)的三個(gè)電壓矢量進(jìn)行代價(jià)函數(shù)求解，選擇最優(yōu)矢量，減少了代價(jià)函數(shù)求解的計(jì)算量，減小了轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動(dòng)，降低了開(kāi)關(guān)頻率。