[發明專利]一種基于占空比調制的五相永磁電機直接轉矩控制方法

在審

• 申請號: 202010122764.3
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111327244A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 趙文祥;陳浩;許德志;黃林森;陶濤
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02P21/30
• 分類號: H02P21/30;H02P21/05
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于占空比調制的五相永磁電機直接轉矩控制方法，屬于機電控制領域。包括如下步驟：通過速度環PI控制器得到給定轉矩；利用“電壓法”計算定子磁鏈相位和幅值；通過估算的磁鏈和轉矩與給定值的誤差來選擇有效電壓矢量并計算其占空比；通過PWM調制技術輸出開關頻率固定的控制信號給逆變器，從而實現電機高效、穩定地運行；相比與傳統直接轉矩控制技術，既能保持簡單的結構，維持良好的動態性能，又可以有效減小諧波分量，減小轉矩和磁鏈脈動，提高系統的穩定性和魯棒性。

技術領域

本發明涉及五相永磁電機控制技術，具體是一種用于五相永磁電機的基于占空比調制的直接轉矩控制(DTC)方法，適用于電動汽車、船舶推進等對電機的穩定性要求較高的直驅領域。

背景技術

隨著中國經濟的飛速發展，永磁(permanent magnet，PM)電機這種具有高轉矩密度、高效率的電機受到越來越多的關注，在電動汽車、船舶推進等直驅領域具有較好的應用前景。與此同時，五相PMV電機繼承了普通三相PMV電機高功率密度、高轉矩密度等諸多優點，相數增加使其擁有更好的容錯性能。五相PMV電機的高性能控制成為當前國內外相關領域的研究熱點。

直接轉矩控制(direct torque control，DTC)因其控制結構簡單、參數依賴性小受到了國內外學者越來越多的關注。該控制策略采用定子磁鏈定向技術，不需要進行旋轉坐標變換，且直接以電磁轉矩和定子磁鏈為控制對象，因此擁有良好的轉矩和磁鏈的動態響應能力。

傳統DTC策略通過轉矩和磁鏈兩個滯環比較器產生的信號，再由此選擇具體電壓矢量對目標電機進行控制，然而引起的電磁轉矩和定子磁鏈脈動過大。相對于普通三相電機，五相電機由于三維平面而產生了空間諧波，因此該控制策略相電流三次諧波畸變率過大，且開關頻率不固定，難以提升電機的運行性能。

針對上述傳統DTC策略存在的電磁轉矩和定子磁鏈脈動大的問題，國內外學者做了大量研究。為了減小轉矩脈動，有學者將多電平逆變器技術引入五相電機當中，該方法有更多可供選擇的電壓矢量，能更加準確的控制電磁轉矩和定子磁鏈。然而，整個系統仍然偏復雜，過多的開關器件增加了開關損耗，硬件成本隨之提高，因此難以廣泛應用于電動汽車等對成本要求較為苛刻的領域。有學者將空間矢量脈寬調制(space vector pulse widthmodulation，SVPWM)技術應用于五相PMV電機中去，該方法利用SVPWM調制技術，通過扇區的判斷和矢量作用時間的計算，雖然能提高電流正弦度并抑制電磁轉矩和定子磁鏈的脈動，能實現PMV電機“低速大轉矩”的要求，可是運算量較大，不利于工程實踐。同時，比傳統DTC控制策略多了兩個PI調節器，參數調節變得困難，這違背了傳統DTC結構簡單、運算簡便的初衷。國內有學者提出了一種考慮三次諧波抑制的直接轉矩控制，該策略充分考慮到五相電機的三維空間，相對于傳統DTC策略而言，可減小轉矩和磁鏈脈動，并有效降低相電流的三次諧波含量。雖然保留了簡單的控制結構，但是本質上仍然是在每個控制周期對電機施加一個不變的電壓矢量，并且開關頻率不固定，轉矩和磁鏈脈動依然較大。總而言之，PMV電機因其轉矩密度大的特點成為國內外科研人員研究的熱點，但已有DTC控制策略仍存在不足之處：控制效果提升不明顯，抑或結構復雜難以應用。

針對傳統直接轉矩控制系統轉矩脈動大，以及目前直接轉矩控制算法過于復雜等問題，本發明提出了基于占空比調制的五相永磁電機直接轉矩控制方法，在保持傳統DTC結構簡單和動態性能不變的基礎上，能有效減小轉矩和磁鏈脈動，提高系統的穩態性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種適用于五相永磁電機的直接轉矩控制策略，用以解決五相永磁電機系統中采用傳統DTC存在的磁鏈和轉矩脈動大的問題。