一种永磁同步电机的直接转矩控制装置及控制方法

摘要

本发明公开的一种永磁同步电机的直接转矩控制装置及控制方法，逆变器的直流母线电压和永磁同步电机的电流信号输出给信号检测电路，信号检测电路将其输出给处理器，同时永磁同步电机的转速脉冲信号输出给处理器，处理器进行处理后得到适当的开关信号输出给逆变器，进而控制电机。本方法根据磁链误差和转矩误差，以及定子磁链在十二个扇区中所处的位置，在合成的十二个电压矢量中选择合适的电压矢量，并根据转矩误差，实时确定出所选电压矢量的占空比，进而产生适当的逆变器开关信号以控制永磁同步电机。本发明增加了传统直接转矩控制中的可选电压矢量个数，同时根据转矩误差实时调节作用矢量的占空比，可有效降低传统直接转矩控制中的转矩脉动。

主权项

1.一种采用永磁同步电机的直接转矩控制装置进行控制的方法，其特征在于，采用一种永磁同步电机的直接转矩控制装置，该装置的结构为：包括逆变器（1），逆变器（1）分别与信号检测电路（2）、永磁同步电机（3）、处理器（4）相连接，信号检测电路（2）、永磁同步电机（3）及处理器（4）之间两两连接，所述的处理器（4）包括依次连接的电压电流计算模块（5）、磁链转矩和定子磁链角计算模块（6）及PI控制模块（7），电压电流计算模块（5）的输入端与信号检测电路（2）相连接，PI控制模块（7）分别与转矩滞环控制模块（8）的输入端、磁链滞环控制模块（9）的输入端相连接，转矩滞环控制模块（8）的输出端、磁链滞环控制模块（9）的输出端分别与开关电压矢量表模块（10）的输入端相连接，开关电压矢量表模块（10）的输出端依次与占空比计算模块（11）、逆变器（1）相连接，所述的开关电压矢量表模块（10）中电压矢量包括六个基本电压矢量u₁、u₂、u₃、u₄、u₅、u₆和六个合成矢量u₁₂、u₂₃、u₃₄、u₄₅、u₅₆、u₆₁，这十二个电压矢量相互间隔30°，同时将整个平面划分为十二个扇区，即S₁-S₁₂扇区，每个扇区跨度30°，电压矢量则位于每个扇区的角平分线上，该方法具体按照以下步骤实施：步骤1：永磁同步电机（3）输出转速给定值作为给定信号给处理器（4），同时信号检测电路（2）检测出逆变器（1）的直流母线电压u_DC、永磁同步电机（3）的a、b相定子电流i_a、i_b及永磁同步电机（3）的实际转速ω_r，传输给处理器（4）；步骤2：处理器（4）根据上步得到的永磁同步电机（3）转速给定值逆变器（1）的直流母线电压u_DC、永磁同步电机（3）的a、b相定子电流i_a、i_b及永磁同步电机（3）的实际转速ω_r，实现控制算法，输出相应的控制信号给逆变器（1），控制永磁同步电机（3）的实际转速跟踪上给定转速，所述的控制算法具体按照以下步骤实施：a）电压电流计算模块（5）将定子电流i_a、i_b进行坐标变换得到在αβ坐标系下的电流分量i_α和i_β，同时逆变器（1）将开关状态信号传输给电压电流计算模块（5），电压电流计算模块（5）根据开关状态信号及直流母线电压u_DC，计算得到电压在αβ坐标系下的电压分量u_α和u_β，电压电流计算模块（5）将电流分量i_α、i_β和电压分量u_α、u_β送至磁链转矩和定子磁链角计算模块（6）；b）磁链转矩和定子磁链角计算模块（6）利用上步得到的电流分量i_α、i_β和电压分量u_α、u_β，计算得到定子磁链在αβ坐标系下的磁链分量ψ_α、ψ_β，定子磁链幅值|ψ_s|、电磁转矩T_e及定子磁链角度θ；c）将设定的永磁同步电机（3）转速给定值和转速反馈值ω_r进行相减，得到转速误差ε_ω，将转速误差ε_ω输入至PI控制模块（7），进行PI调节后，得到转矩给定值具体按照以下步骤实施：$e_{\omega }={\omega }_r^{*}-{\omega }_r,$$T_e^{*}=K_P{ϵ}_{\omega }+K_I{\int ϵ}_{\omega }\mathrm{dt};$式中，K_P是PI控制器的比例系数，K_I是PI控制器的积分系数，K_P>0，K_I>0；d）将PI控制模块（7）输出的转矩给定值与磁链转矩和定子磁链角计算模块（6）输出的电磁转矩T_e相减，得到转矩误差ε_T，将转矩误差ε_T输入至转矩滞环控制模块（8），经过转矩滞环控制后，得到转矩误差信号C_T；e）将设定的永磁同步电机（3）磁链给定值与磁链转矩和定子磁链角计算模块（6）输出的定子磁链幅值|ψ_s|相减，得到磁链误差ε_ψ，将转矩误差ε_ψ输入至磁链滞环控制模块（9），经过磁链滞环控制后，得到磁链误差信号C_ψ；f）将转矩滞环控制模块（8）输出的转矩误差信号C_T，磁链滞环控制模块（9）输出的磁链误差信号C_ψ，磁链转矩和定子磁链角计算模块（6）输出的定子磁链角θ，输入至开关电压矢量表模块（10），在开关电压矢量表模块（10）中首先根据定子磁链角θ进行扇区判断，确定出定子磁链所在扇区后，再在预定的电压矢量表中根据转矩和磁链误差信号选择出作用的电压矢量u_k；g）将上步得到的开关电压矢量表模块（10）输出的电压矢量u_k输入至占空比计算模块（11）中，同时也将当前时刻转矩误差ε_T输入至占空比计算模块（11）中，经过占空比计算后，确定出作用电压矢量的占空比γ，进而得到逆变器（1）所需要的三相开关控制信号S_a、S_b、S_c，控制永磁同步电机（3）的实际转速跟踪上给定转速。