一種交流同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種交流同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)本質(zhì)上是要對電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)有效的跟蹤控 制。交流電機(jī)電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域的兩大里程碑控制算法為矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。
[0003] 上世紀(jì)70年代西門子工程師F.Blaschke首先提出異步電機(jī)矢量控制理論來解決 交流電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制問題。矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制異步電動機(jī)定子電流 矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控 制異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分 量（勵(lì)磁電流）和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流）分別加以控制，并同時(shí)控制兩分量間 的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。簡單的說， 矢量控制就是將磁鏈與轉(zhuǎn)矩解耦，有利于分別設(shè)計(jì)兩者的調(diào)節(jié)器，以實(shí)現(xiàn)對交流電機(jī)的高 性能調(diào)速。矢量控制算法存在缺點(diǎn)如下：
[0004] (1)參數(shù)魯棒性不強(qiáng)，參數(shù)的變化將影響系統(tǒng)的控制精度。
[0005] (2)由于內(nèi)環(huán)采用電流環(huán)，電流環(huán)的存在影響了系統(tǒng)的動態(tài)性能。
[0006]直接轉(zhuǎn)矩控制（Direct Torque Control-DTC)，國外的原文有的也稱為Direct self-control--DSC，直譯為直接自控制，這種"直接自控制"的思想以轉(zhuǎn)矩為中心來進(jìn)行 綜合控制，不僅控制轉(zhuǎn)矩，也用于磁鏈量的控制和磁鏈自控制。直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制的 區(qū)別是，它不是通過控制電流、磁鏈等量間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量控制， 其實(shí)質(zhì)是用空間矢量的分析方法，以定子磁場定向方式，對定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接 控制的。這種方法不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換，而是直接在電機(jī)定子坐標(biāo)上計(jì)算磁鏈的模和轉(zhuǎn) 矩的大小，并通過磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接跟蹤實(shí)現(xiàn)PWM脈寬調(diào)制和系統(tǒng)的高動態(tài)性能。
[0007] 與矢量控制相比，直接轉(zhuǎn)矩控制算法的優(yōu)點(diǎn)如下：
[0008] (1)參數(shù)魯棒性強(qiáng)，
[0009] (2)不存在電流環(huán)，系統(tǒng)動態(tài)性能強(qiáng)。
[0010] 但是在直接轉(zhuǎn)矩控制中，電機(jī)的定子磁鏈被控制為恒定值，這樣就導(dǎo)致在負(fù)載變 化時(shí)，系統(tǒng)的無功電流不為零，降低了系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩銅耗比和效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種交流同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，解決 了現(xiàn)有技術(shù)中電機(jī)無功功率不為0,從而降低了系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩銅耗比 和效率的問題。
[0012] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0013] 一種交流同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，包括如下步驟：
[0014] 步驟1、根據(jù)交流同步電機(jī)的期望轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值，經(jīng)過比例積分環(huán)節(jié)得到 電機(jī)的期望電磁轉(zhuǎn)矩；
[0015] 步驟2、根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩辨識單元辨識得到交流同步電機(jī)的實(shí)際電磁轉(zhuǎn)矩；
[0016] 步驟3、將電機(jī)的期望電磁轉(zhuǎn)矩與交流同步電機(jī)的實(shí)際電磁轉(zhuǎn)矩作差，根據(jù)該差值 極性和大小決定轉(zhuǎn)矩信號；
[0017] 步驟4、由定子磁鏈辨識單元辨識得到交流同步電機(jī)的實(shí)際定子磁鏈幅值和實(shí)際 定子磁鏈?zhǔn)噶肯辔唬?br>[0018] 步驟5、磁鏈滯環(huán)，將電機(jī)的期望定子磁鏈幅值與交流同步電機(jī)的實(shí)際定子磁鏈幅 值作差，根據(jù)該差值極性和大小決定磁鏈信號；
[0019] 步驟6、根據(jù)轉(zhuǎn)矩信號、實(shí)際定子磁鏈?zhǔn)噶肯辔灰约按沛溞盘柎_定三相全橋逆變器 的開關(guān)矢量，施加于電機(jī)；
[0020] 所述期望定子磁鏈幅值，根據(jù)交流同步電機(jī)的無功電流抑制單元的輸出獲取，具 體的過程如下：
[0021] 首先，由交流同步電機(jī)的三相電樞繞組電流，經(jīng)過3/2變換得到電機(jī)三相電樞繞 組的實(shí)際轉(zhuǎn)矩電流分量和實(shí)際無功電流分量；
[0022] 然后，將實(shí)際無功電流分量的數(shù)值取反，所得數(shù)值依次經(jīng)過比例積分環(huán)節(jié)、限幅環(huán) 節(jié)得到定子磁鏈幅值偏差量；
[0023] 最后，將電機(jī)的額定勵(lì)磁磁鏈數(shù)值與定子磁鏈幅值偏差量相加得到電機(jī)的期望定 子磁鏈幅值。
[0024] 所述交流同步電機(jī)的a、b、c三相定子電壓采用如下公式獲?。?br>【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種交流同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，包括如下步驟： 步驟1、根據(jù)交流同步電機(jī)的期望轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值，經(jīng)過比例積分環(huán)節(jié)得到電機(jī) 的期望電磁轉(zhuǎn)矩； 步驟2、根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩辨識單元辨識得到交流同步電機(jī)的實(shí)際電磁轉(zhuǎn)矩； 步驟3、將電機(jī)的期望電磁轉(zhuǎn)矩與交流同步電機(jī)的實(shí)際電磁轉(zhuǎn)矩作差，根據(jù)該差值極性 和大小決定轉(zhuǎn)矩信號； 步驟4、由定子磁鏈辨識單元辨識得到交流同步電機(jī)的實(shí)際定子磁鏈幅值和實(shí)際定子 磁鏈?zhǔn)噶肯辔唬? 步驟5、磁鏈滯環(huán)，將電機(jī)的期望定子磁鏈幅值與交流同步電機(jī)的實(shí)際定子磁鏈幅值作 差，根據(jù)該差值極性和大小決定磁鏈信號； 步驟6、根據(jù)轉(zhuǎn)矩信號、實(shí)際定子磁鏈?zhǔn)噶肯辔灰约按沛溞盘柎_定三相全橋逆變器的開 關(guān)矢量，施加于電機(jī)； 其特征在于：所述期望定子磁鏈幅值，根據(jù)交流同步電機(jī)的無功電流抑制單元的輸出 獲取，具體的過程如下： 首先，由交流同步電機(jī)的三相電樞繞組電流，經(jīng)過3/2變換得到電機(jī)三相電樞繞組的 實(shí)際轉(zhuǎn)矩電流分量和實(shí)際無功電流分量； 然后，將實(shí)際無功電流分量的數(shù)值取反，所得數(shù)值依次經(jīng)過比例積分環(huán)節(jié)、限幅環(huán)節(jié)得 到定子磁鏈幅值偏差量； 最后，將電機(jī)的額定勵(lì)磁磁鏈數(shù)值與定子磁鏈幅值偏差量相加得到電機(jī)的期望定子磁 鏈幅值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于：所述交流同 步電機(jī)的a、b、c三相定子電壓采用如下公式獲?。?br>其中，Ud。為三相全橋逆變器供電的直流電源的母線電壓幅值，D a、Db、D。分別為三相全 橋逆變器a、b、c相的占空比。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于：交流同步電 機(jī)的三相定子電壓經(jīng)過3/2變換得到交流同步電機(jī)兩相靜止坐標(biāo)定子電壓為 ：
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于：交流同步電 機(jī)的三相定子電流經(jīng)過3/2變換得到交流同步電機(jī)兩相靜止坐標(biāo)定子電流：
其中，ia、ib、i。為電流傳感器獲得的交流同步電機(jī)的a、b、c三相定子電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于：交流同步電 機(jī)的實(shí)際定子磁鏈幅值Vs和相位Θ s:
其中，Vsa定子磁鏈α軸分量，Ψ sfi為定子磁鏈β軸分量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種交流同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，根據(jù)交流同步電機(jī)的無功電流抑制單元的輸出獲取期望定子磁鏈幅值，首先，由交流同步電機(jī)的三相電樞繞組電流，經(jīng)過3/2變換得到電機(jī)三相電樞繞組的實(shí)際轉(zhuǎn)矩電流分量和實(shí)際無功電流分量；然后，將實(shí)際無功電流分量的數(shù)值取反，所得數(shù)值依次經(jīng)過比例積分環(huán)節(jié)、限幅環(huán)節(jié)得到定子磁鏈幅值偏差量；最后，將電機(jī)的額定勵(lì)磁磁鏈數(shù)值與定子磁鏈幅值偏差量相加得到電機(jī)的期望定子磁鏈幅值。本發(fā)明保持了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)魯棒性強(qiáng)、系統(tǒng)動態(tài)性能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對無功電流的有效控制，使得系統(tǒng)在不同負(fù)載條件下無功電流均為0，有效的提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)、效率、轉(zhuǎn)矩銅耗比。
【IPC分類】H02P27-12
【公開號】CN104682826
【申請?zhí)枴緾N201510060920
【發(fā)明人】王宇, 鄧智泉
【申請人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月5日