[發(fā)明專利]基于模糊PI調(diào)節(jié)的無刷雙饋電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010040056.5
• 申請(qǐng)日: 2020-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN111193449A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李謨發(fā);張碧;劉萬太;羅小麗;覃事剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號(hào): H02P21/14
• 分類號(hào): H02P21/14;H02P21/20;H02P21/30;H02P6/10
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務(wù)所(普通合伙) 43108
• 代理人: 陳偉

本發(fā)明公開了一種基于模糊PI調(diào)節(jié)的無刷雙饋電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，包括以下步驟：采集無刷雙饋電機(jī)控制繞組電壓、控制繞組電流、實(shí)際轉(zhuǎn)速；計(jì)算控制繞組磁鏈估計(jì)值和轉(zhuǎn)矩估計(jì)值；將實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速相減得到轉(zhuǎn)速誤差信號(hào)，再經(jīng)PI調(diào)節(jié)后輸出給定轉(zhuǎn)矩；將給定轉(zhuǎn)矩與控制繞組轉(zhuǎn)矩估計(jì)值相減得到轉(zhuǎn)矩誤差信號(hào)，再經(jīng)PI調(diào)節(jié)后輸出轉(zhuǎn)矩控制信號(hào)；給定磁鏈與控制繞組磁鏈估計(jì)值相減得到磁鏈誤差信號(hào)，再經(jīng)PI調(diào)節(jié)后輸出磁鏈控制信號(hào)；根據(jù)輸出的轉(zhuǎn)矩控制信號(hào)和磁鏈控制信號(hào)，以及轉(zhuǎn)矩磁鏈估計(jì)器輸出的磁鏈扇區(qū)信號(hào)，選擇定子電壓空間矢量，使磁鏈軌跡逼近圓形磁鏈軌跡。本發(fā)明能消除使用滯環(huán)比較器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高了轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩控制精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機(jī)領(lǐng)域，特別涉及一種基于模糊PI調(diào)節(jié)的無刷雙饋電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的無刷雙饋電機(jī)(BDFM)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)采用滯環(huán)控制器，依據(jù)轉(zhuǎn)矩誤差、定子磁鏈幅值誤差通過滯環(huán)控制器來選擇逆變器的開關(guān)狀態(tài)，但是過扇區(qū)時(shí)電流與磁鏈畸變，會(huì)導(dǎo)致低速時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，影響了系統(tǒng)的控制效果。

直接轉(zhuǎn)矩控制是把轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈變化限制在設(shè)定的滯環(huán)寬度內(nèi)來選擇合理的空間電壓矢量，此算法簡單，且把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量使得轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度快。直接轉(zhuǎn)矩控制是一種高動(dòng)態(tài)性的交流調(diào)速方法，但是也存在著一些問題，最大的缺點(diǎn)就是如果容差值設(shè)的比較大，則輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大，在電機(jī)低速段內(nèi)，定子電阻壓降影響大的情況下，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)更大。影響轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)有諸多因素，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

(1)滯環(huán)比較器的滯環(huán)寬度直接影響轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；

(2)在直接轉(zhuǎn)矩控制的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)過程中，由于A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間以及數(shù)字計(jì)算的延遲等原因，造成上一個(gè)采樣周期和當(dāng)前采樣周期之間產(chǎn)生一定時(shí)間的滯后，在這滯后的時(shí)間內(nèi)可能導(dǎo)致誤差超過滯環(huán)的寬帶，因此引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的增大；

(3)直接轉(zhuǎn)矩控制中磁鏈為六邊形，在變化中只有六個(gè)非零電壓矢量與兩個(gè)零電壓矢量可以選擇，因此將導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩急劇的減少或增加，致使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)變化快且大，使電機(jī)產(chǎn)生不必要的振動(dòng)和噪聲。與此同時(shí)空間電壓矢量調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)沒有得到好的利用。

針對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制產(chǎn)生脈動(dòng)的原因，要想減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)有如下對(duì)策：(1)通過減小滯環(huán)寬度可以降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但是這樣功率器件的開關(guān)頻率會(huì)增大，損耗增加；(2)在一個(gè)采樣周期內(nèi)增加有效電壓矢量的數(shù)量來避免單一矢量作用整個(gè)采樣時(shí)間，從而減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；(3)在實(shí)際的應(yīng)用中，提高傳感器的靈敏度與參與計(jì)算芯片的數(shù)字計(jì)算速度也可以降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。有文章中提出了以下三種方法：(1)改進(jìn)轉(zhuǎn)矩比較器法；(2)矢量細(xì)分法；(3)優(yōu)化開關(guān)表法。

由于智能控制的發(fā)展，在矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制中融入智能控制算法能有效減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速控制精度，擴(kuò)大調(diào)速范圍。由于直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)是一種高動(dòng)態(tài)性能的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，為了使得該種控制方式能過在BDFM的實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮好的效果，必需改進(jìn)該種控制方法中在低速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大的因素。針對(duì)這一缺點(diǎn)，國內(nèi)外許多學(xué)者提出了諸多行之有效的方法，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小化分析；模糊功率因素控制；基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的滑模變結(jié)構(gòu)控制；這些控制方法的提出在BDFM的直接轉(zhuǎn)矩仿真分析中起到了很好的控制效果。矢量控制在BDFM調(diào)速控制中的研究也有不少學(xué)者提出了改進(jìn)方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種算法簡單、控制精度高的基于模糊PI調(diào)節(jié)的無刷雙饋電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法。

本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是：一種基于模糊PI調(diào)節(jié)的無刷雙饋電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，包括以下步驟：

步驟一：采集無刷雙饋電機(jī)控制繞組電壓U^*和控制繞組電流i^*；

步驟二：通過轉(zhuǎn)矩磁鏈估計(jì)器計(jì)算無刷雙饋電機(jī)控制繞組磁鏈估計(jì)值和轉(zhuǎn)矩估計(jì)值