单电流传感器实现直接转矩控制方法

摘要

本发明公开了一种单电流传感器实现直接转矩控制方法，其特征在于：该方法依次包括如下步骤：1）通过采样电路测得外部直流母线电压、外部直流母线电流；2）得到定子电压在两相静止坐标系αβ下的α、β轴分量：，其中，、分别代表定子电压在两相静止坐标系αβ下的α、β轴分量，、、分别代表绝缘栅双极晶体管三相桥模块A、B、C相上桥臂的开关状态，代表外部直流母线电压；3）得到定子任一相电流。本发明涉及的系统和方法具有成本低、可靠性高、简单易行等优点。

主权项

1.一种单电流传感器实现直接转矩控制方法，其特征在于：该方法依次包括如下步骤：1）通过采样电路测得外部直流母线电压u_dc、外部直流母线电流i_dc；2）得到定子电压在两相静止坐标系αβ下的α、β轴分量：$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\alpha }=2/3u_{\mathrm{dc}}(S_A-0.5S_B-0.5S_C)\\ u_{\beta }=2/{3u}_{\mathrm{dc}}(\sqrt{3}{S}_B/2-\sqrt{3}{S}_C/2)\end{array}\right.$其中，u_α、u_β分别代表定子电压在两相静止坐标系αβ下的α、β轴分量，S_A、S_B、S_C分别代表绝缘栅双极晶体管三相桥模块A、B、C相上桥臂的开关状态，u_dc代表外部直流母线电压；3）得到定子任一相电流：$i_{\mathrm{dc}}=\left\{\begin{array}{cc}{i}_A,& S_A{S}_B{S}_C=100;\\ -i_C,& S_A{S}_B{S}_C=110,\\ i_B,& S_A{S}_B{S}_C=010;\\ -i_A,& S_A{S}_B{S}_C=011;\\ i_C,& S_A{S}_B{S}_C=001;\\ -i_B,& S_A{S}_B{S}_C=101;\end{array}\right.$其中，i_A、i_B、i_C分别代表三相交流电机A、B、C相电流，S_A、S_B、S_C分别代表绝缘栅双极晶体管三相桥模块A、B、C相上桥臂的开关状态，i_dc代表外部直流母线电流；4）根据当前和上一计算周期通过步骤3）得到的两相电流由下式得到定子第三相电流：i_A+i_B+i_C=0；其中，i_A、i_B、i_C分别代表三相交流电机A、B、C相电流；5）得到定子电流在两相静止坐标系αβ下的α、β轴分量：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\alpha }=2/3(i_A-0.5i_B-0.5i_C)\\ i_{\beta }=2/3(\sqrt{3}{i}_B/2-\sqrt{3}{i}_C/2)\end{array}\right.$其中，i_A、i_B、i_C分别代表三相交流电机A、B、C相电流，i_α、i_β分别代表定子电流在两相静止坐标系αβ下的α、β轴分量；6）得到定子磁链在两相静止坐标系αβ下的α、β轴分量：$\left\{\begin{array}{c}{\psi }_{\alpha }=\int (u_{\alpha }-R_s{i}_{\alpha })\mathrm{dt}\\ {\psi }_{\beta }=\int (u_{\beta }-R_s{i}_{\beta })\mathrm{dt}\end{array}\right.$其中，i_α、i_β分别代表定子电流在两相静止坐标系αβ下的α、β轴分量，u_α、u_β分别代表定子电压在两相静止坐标系αβ下的α、β轴分量，ψ_α、ψ_β分别代表定子磁链在两相静止坐标系αβ下的α、β轴分量，R_s代表定子电阻；7）得到定子磁链幅值和相角：${\psi }_s=\sqrt{{\psi }_{\alpha }^2+{\psi }_{\beta }^2}$θ=arctan(ψ_β/ψ_α)其中，ψ_α、ψ_β分别代表定子磁链在两相静止坐标系αβ下的α、β轴分量，ψ_s代表定子磁链幅值，θ代表定子磁链相角；8）得到电磁转矩：$T_e=\frac{3}{2}{p}_n({\psi }_{\alpha }{i}_{\beta }-{\psi }_{\beta }{i}_{\alpha })$其中，ψ_α、ψ_β分别代表定子磁链在两相静止坐标系αβ下的α、β轴分量，i_α、i_β分别代表定子电流在两相静止坐标系αβ下的α、β轴分量，p_n代表电机极对数，T_e代表电磁转矩；9）确定定子磁链扇区编号N：$N=\left\{\begin{array}{cc}I,& 0<=\theta <\pi /3;\\ \mathrm{II},& \pi /3<=\theta <2\pi /3;\\ \mathrm{III},& 2\pi /3<=\theta <\pi ;\\ \mathrm{IV},& \pi <=\theta <4\pi /3;\\ V,& 4\pi /3<=\theta <5\pi /3;\\ \mathrm{VI},& 5\pi /3<=\theta <2\pi ;\end{array}\right.$其中，θ代表定子磁链相角，N代表定子磁链扇区编号；10）得到电磁转矩的参考值$T_e^{*}=K_P{e}_{\omega }+K_I\int e_{\omega }\mathrm{dt},(e_{\omega }={\omega }^{*}-\omega )$其中，ω^*代表设定的速度参考值，ω代表实际速度反馈值，e_ω代表速度的偏差量，代表电磁转矩的参考值，K_I代表积分系数，K_I>0，K_P代表比例系数，K_P>0；11）得到转矩控制指令：${ϵ}_T=\left\{\begin{array}{ccc}1,& \mathrm{if}& T_e^{*}-T_e>\mathrm{\Delta T};\\ 0,& \mathrm{if}& T_e^{*}-T_e<-\mathrm{\Delta T};\end{array}\right.$其中，代表电磁转矩的参考值，T_e代表电磁转矩，ΔT代表转矩控制器环宽，ε_T代表转矩控制指令；12）得到磁链控制指令：${ϵ}_{\psi }=\left\{\begin{array}{ccc}1,& \mathrm{if}& {\psi }_e^{*}-{\psi }_e>\mathrm{\Delta \psi };\\ 0,& \mathrm{if}& {\psi }_e^{*}-{\psi }_e<-\mathrm{\Delta \psi }.\end{array}\right.$其中，代表定子磁链幅值参考值，ψ_s代表定子磁链幅值，Δψ代表磁链控制器环宽，ε_ψ代表磁链控制指令；13）根据转矩控制指令ε_T、磁链控制指令ε_ψ、定子磁链扇区编号N和复合电压矢量选择表来选择复合电压矢量14）根据“不同相”原则对步骤13）中选择的复合电压矢量包含的两个固有电压矢量的输出顺序进行优化，使得任意相邻采样周期对应的相电流均不相同；其中，步骤13）和步骤14）所指复合电压矢量是由固有电压矢量根据相邻原则两两合成得到：1）固有电压矢量得到的方法为：${\bar{U}}_i=\frac{2}{3}{u}_{\mathrm{dc}}(S_A+S_B{e}^{j\frac{2\pi }{3}}+S_C{e}^{j\frac{4\pi }{3}})$其中，S_A、S_B、S_C分别代表绝缘栅双极晶体管三相桥模块A、B、C相上桥臂的开关状态，u_dc代表外部直流母线电压，j²=-1，i为1~6中的任一自然数，固有电压矢量与S_A S_B S_C的对应关系如下：$\left\{\begin{array}{c}{\bar{U}}_1:S_A{S}_B{S}_C=100\\ {\bar{U}}_2:S_A{S}_B{S}_C=110\\ {\bar{U}}_3:S_A{S}_B{S}_C=010\\ {\bar{U}}_4:S_A{S}_B{S}_C=011\\ {\bar{U}}_5:S_A{S}_B{S}_C=001\\ {\bar{U}}_6:S_A{S}_B{S}_C=101\end{array}\right.$2）固有电压矢量是基于如下原则合成的复合电压矢量$\left\{\begin{array}{c}{\bar{U}}_I=({\bar{U}}_1+{\bar{U}}_2)/2\\ {\bar{U}}_{\mathrm{II}}=({\bar{U}}_2+{\bar{U}}_3)/2\\ {\bar{U}}_{\mathrm{III}}=({\bar{U}}_3+{\bar{U}}_4)/2\\ {\bar{U}}_{\mathrm{IV}}=({\bar{U}}_4+{\bar{U}}_5)/2\\ {\bar{U}}_V=({\bar{U}}_5+{\bar{U}}_6)/2\\ {\bar{U}}_{\mathrm{VI}}=({\bar{U}}_6+{\bar{U}}_1)/2\end{array}\right.$其中，是固有电压矢量,是复合电压矢量；步骤13）、步骤14）的计算周期T_c是绝缘栅双极晶体管三相桥模块开关周期T_s的两倍，其余步骤的计算周期均为T_s；步骤14）的每个复合电压矢量所包含的两个固有有效电压矢量对应不同的相电流，根据“不同相”原则确定固有有效电压矢量的输出序列；15）根据步骤14）输出的固有电压矢量编号，输出相应的开关信号去驱动绝缘栅双极晶体管三相桥模块。