專利名稱：一種永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于交流電機(jī)傳動技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種永磁同步電機(jī)的直 接轉(zhuǎn)矩控制裝置。
背景技術(shù)：
直接轉(zhuǎn)矩控制是一種高性能的交流調(diào)速控制策略，首先由德國的
depenbrock和日本的takahashi針對異步電機(jī)應(yīng)用而分別提出，后由ABB公司 在20世紀(jì)90年代推出了相應(yīng)的產(chǎn)品。1997年澳大利亞新南威爾士大學(xué)的 Rahman教授將直接轉(zhuǎn)矩控制方法引入到永磁同步電機(jī)(PMSM)中。
永磁同步電機(jī)的常規(guī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法采用轉(zhuǎn)矩滯回比較器和磁鏈滯回 比較器，根據(jù)定子磁鏈的位置，從開關(guān)表里選取合適的電壓矢量對磁鏈和轉(zhuǎn) 矩進(jìn)行控制。由于可供選擇的電壓矢量只有8個，選擇的電壓矢量無法同時 滿足系統(tǒng)對磁鏈和轉(zhuǎn)速的雙重要求，會導(dǎo)致電機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)矩和磁鏈 波動；另外，滯回比較器會導(dǎo)致系統(tǒng)的開關(guān)頻率不恒定。近年來，空間矢量 調(diào)制(SVM)方法被引入到直接轉(zhuǎn)矩控制中來，如專利ZL200710019081，但 是所采用的電壓估算方法較為復(fù)雜。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服了現(xiàn)有直接轉(zhuǎn)矩控制方法的上述缺陷，提供 了一種永磁同步電機(jī)的新型直接轉(zhuǎn)矩控制方法。該方法利用空間矢量調(diào)制技 術(shù)獲得更多的、連續(xù)變化的空間電壓矢量，并用電壓估算算法替代滯回比較 器，控制方法簡單并且實現(xiàn)了對定子磁鏈和電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的精確控制，提高 了直接轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)的性能。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取了如下技術(shù)方案。本實用新型包括
永磁同步電機(jī)、信號檢測電路、處理器和逆變器。其中
永磁同步電機(jī)與信號檢測電路相連接，永磁同步電機(jī)的電流信號輸出給 信號檢測電路；
信號檢測電路和逆變器相連接，逆變器輸出永磁同步電機(jī)的直流母線電
3壓信號給信號檢測電路；
信號檢測電路和處理器相連接，信號檢測電路的輸出電壓、電流信號送 至處理器；
處理器和逆變器相連接，處理器輸出的開關(guān)信號給逆變器； 逆變器和永磁同步電機(jī)相連接，逆變器輸出三相交流電給永磁同步電機(jī)。 本實用新型的控制方法是根據(jù)定子磁鏈幅值誤差和電磁轉(zhuǎn)矩誤差分別 估算定子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的參考電壓矢量，再將參考電壓矢量變換到定子兩相 靜止坐標(biāo)系下，最后以空間矢量調(diào)制方式產(chǎn)生逆變器的開關(guān)信號以控制永磁 同步電機(jī)。
實現(xiàn)該控制方法的處理器包括3/2變換模塊、磁鏈和轉(zhuǎn)矩估算模塊、磁鏈 電壓轉(zhuǎn)換模塊、轉(zhuǎn)矩電壓轉(zhuǎn)換模塊、坐標(biāo)變換模塊和SVM模塊，均在處理器 中用軟件實現(xiàn)，依次有以下步驟
1) 根據(jù)輸入到處理器的電壓、電流信號經(jīng)3/2變換模塊、磁鏈和轉(zhuǎn)矩估 算模塊估算當(dāng)前定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩，其中，3/2變換模塊完成坐標(biāo)變換功能， 磁鏈和轉(zhuǎn)矩估算模塊實現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩估算；
2) 磁鏈和轉(zhuǎn)矩估算模塊輸出磁鏈幅值k , I與給定磁鏈幅值—:|的誤差經(jīng) 過磁鏈電壓轉(zhuǎn)換模塊得到參考電壓矢量分量《；磁鏈和轉(zhuǎn)矩估算模塊輸出的
轉(zhuǎn)矩r與給定轉(zhuǎn)矩廣的誤差經(jīng)過轉(zhuǎn)矩電壓轉(zhuǎn)換模塊得到參考電壓矢量分量
《；^坐標(biāo)系為定子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，其中，x軸定位沿著定子磁鏈瞬時指向方 向，y軸定位于JC軸逆時針旋轉(zhuǎn)90度的方向；
3) 對參考電壓《、《進(jìn)行限幅，得到《、《分別作為磁鏈電壓轉(zhuǎn)換模 塊7和轉(zhuǎn)矩電壓轉(zhuǎn)換模塊的輸出；
4) 坐標(biāo)變換模塊實現(xiàn)坐標(biāo)系變換功能，將輸入的《、W;變換到定子靜止 C^坐標(biāo)系，得到電壓分量《和《；
5) SVM模塊實現(xiàn)空間矢量調(diào)制功能，送至SVM模塊的《、《通過空 間矢量調(diào)制算法產(chǎn)生逆變器的開關(guān)信號&、 &、 &控制逆變器。
本實用新型具有以下優(yōu)點-
1)采用空間矢量調(diào)制方法并以比例控制器替代傳統(tǒng)的滯回比較器，可有效降低磁鏈和轉(zhuǎn)矩的脈動；
2) 采用的電壓矢量估算方法簡單，可簡化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使之易于實現(xiàn)；
3) 保證了逆變器開關(guān)頻率恒定，可減少開關(guān)損耗并充分利用功率器件。

圖1是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 圖2是坐標(biāo)系示意圖
圖中1、永磁同步電機(jī)，2、信號檢測電路，3、處理器，4、逆變器，5、 3/2變換模塊，6、磁鏈和轉(zhuǎn)矩估算模塊，7、磁鏈電壓轉(zhuǎn)換模塊，8、轉(zhuǎn)矩電 壓轉(zhuǎn)換模塊，9、坐標(biāo)變換模塊，10、 SVM模塊。
具體實施方式

下面結(jié)合圖1、圖2對本實用新型作進(jìn)一步說明
如圖1所示，本實施例包括有永磁同步電機(jī)l、信號檢測電路2、處理器 3和逆變器4。其中，模塊5到模塊10為控制算法，均在處理器3中通過軟 件實現(xiàn)。具體實施步驟如下
1)通過信號檢測電路2檢測的永磁同步電機(jī)1的直流母線電壓"&、定 子繞組線電流信號^、 4輸入到處理器3，也即該信號進(jìn)入3/2變換模塊5， 經(jīng)3/2變換模塊5進(jìn)行坐標(biāo)變換得到《々坐標(biāo)系下的電流分量^ 、 ^和電壓分 量"c、 "-，并將上述信號送至磁鏈和轉(zhuǎn)矩估算模塊6，則具體算法如下<formula>formula see original document page 5</formula>
式中&、 &、 ^為當(dāng)前時刻逆變器4的開關(guān)信號。
2)通過磁鏈和轉(zhuǎn)矩估算模塊6估算出a々坐標(biāo)系下定子磁鏈分量^。與當(dāng)前磁鏈幅值l^和轉(zhuǎn)矩估計值r，算法如下:
3
式中《為永磁同步電機(jī)的定子電阻，iVp為永磁同步電機(jī)的極對數(shù)。
3) 磁鏈和轉(zhuǎn)矩估算模塊6輸出磁鏈幅值|y , I與給定磁鏈幅值l^1的誤差
經(jīng)過磁鏈電壓轉(zhuǎn)換模塊7得到參考電壓矢量分量";，算法如下
式中^ > 0 。
4) 磁鏈和轉(zhuǎn)矩估算模塊6輸出的轉(zhuǎn)矩r與給定轉(zhuǎn)矩擴(kuò)的誤差經(jīng)過轉(zhuǎn)矩電
壓轉(zhuǎn)換模塊8得到參考電壓矢量分量^，算法如下
< =A:lX(r*-r)
式中^>o。
5) 對參考電壓《、《進(jìn)行限幅，得到《作為磁鏈電壓轉(zhuǎn)換模塊7的輸出、 《作為轉(zhuǎn)矩電壓轉(zhuǎn)換模塊8的輸出，具體算法如下
若v";2+";2 >,
貝u <= M. ,
2+";2
否則《=《
2 ,
6)坐標(biāo)變換模塊9根據(jù)磁鏈位置6將輸入的《、《變換成a卩坐標(biāo)系下
6的電壓分量《和";，算法如下
，
赫=，
cos^ —sin^ sin^ cos^
7)送至SVM模塊10的《、《通過空間矢量調(diào)制算法產(chǎn)生開關(guān)信號&、 &、 &控制逆變器4，進(jìn)而驅(qū)動電機(jī)。
圖2是坐標(biāo)系示意圖，包括;^坐標(biāo)系和c^坐標(biāo)系。^坐標(biāo)系為定子旋 轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，其中，c軸定位沿著定子磁鏈瞬時指向方向，y軸定位于;c軸逆時 針旋轉(zhuǎn)90度的方向；a"坐標(biāo)系為定子靜止坐標(biāo)系，其中，a軸定位在定子A 相繞組軸線方向，々軸定位于a軸逆時針旋轉(zhuǎn)卯度的方向；；c軸與ct軸之間 的夾角為^。
權(quán)利要求1、一種永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制裝置，其特征在于包括永磁同步電機(jī)(1)、信號檢測電路(2)、處理器(3)和逆變器(4)；其中永磁同步電機(jī)(1)與信號檢測電路(2)相連接，永磁同步電機(jī)(1)的電流信號輸出給信號檢測電路(2)；信號檢測電路(2)和逆變器(4)相連接，逆變器(4)輸出永磁同步電機(jī)(1)的直流母線電壓信號給信號檢測電路(2)；信號檢測電路(2)和處理器(3)相連接，將永磁同步電機(jī)(1)的電壓、電流信號送至處理器(3)，處理器(3)經(jīng)過計算得到開關(guān)信號給逆變器(4)；逆變器(4)和永磁同步電機(jī)(1)相連接，逆變器(4)輸出三相交流電給永磁同步電機(jī)(1)。
專利摘要本實用新型是一種永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制裝置，屬于交流電機(jī)傳動技術(shù)領(lǐng)域。本裝置包括永磁同步電機(jī)、信號檢測電路、處理器和逆變器。永磁同步電機(jī)的電流信號、直流母線電壓信號分別輸出給信號檢測電路，信號檢測電路將其送至處理器進(jìn)行處理得到開關(guān)信號給逆變器，進(jìn)而控制電機(jī)。本實用新型根據(jù)定子磁鏈幅值誤差和電磁轉(zhuǎn)矩誤差分別估算定子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的參考電壓矢量，再將參考電壓矢量變換到定子兩相靜止坐標(biāo)系下，最后以空間矢量調(diào)制方式產(chǎn)生逆變器的開關(guān)信號以控制永磁同步電機(jī)。本實用新型采用空間矢量調(diào)制方法并以比例控制器替代傳統(tǒng)的滯回比較器，可有效降低磁鏈和轉(zhuǎn)矩的脈動，采用的電壓矢量估算方法簡單，簡化了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
文檔編號H02P27/06GK201435710SQ20092010914
公開日2010年3月31日 申請日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者于冬寧, 楓 余, 帥 劉, 許家群 申請人:北京工業(yè)大學(xué)