[发明专利]单电流传感器实现直接转矩控制方法

说明书

技术领域

本发明是一种单电流传感器实现直接转矩控制的技术，属于电机驱动与控制技术领域。

背景技术

20世纪80年代，日本和德国学者分别提出了直接转矩控制（Direct Torque Control，DTC）理论。从本质上讲，DTC是一种“bang-bang”控制，具有鲁棒性强、响应速度快和结构简单等优势，因而其获得了广泛关注和应用。

一般来讲，DTC的实现需要用到三个电流传感器。其中，一个电流传感器置于外部直流母线侧，用于过流保护；另外两个电流传感器置于电机输入端，用于测量相电流。为了降低系统成本和提高系统可靠性，许多学者提出了用较少甚至不用电流传感器实现DTC的方法。目前，减少电流传感器实现DTC的方法大致可以分为以下三大类：

1. 查表型单电流传感器实现DTC的方法

这一类方法是通过采样外部直流母线电流，再根据外部直流母线电流与相电流的对应关系来估算相电流。这类方法具有结构简单，对硬件要求低等优点。但是，由于这类方法在一个采样周期内只能估算一相电流值且无法从理论上确保三相电流值在较短时间内获得均等的估算机会，这也就意味着一旦出现某一相电流估计值长期得不到更新的情况，那么电流估计值的精度将无法得到保证，最终降低了DTC的控制性能。

2. 电压空间矢量型单电流传感器实现DTC的方法

这一类方法同样是通过采样外部直流母线电流，再根据外部直流母线电流与相电流的对应关系来估算相电流。与前一类方法不同的是，由于等效的电压矢量是通过两个不同的固有有效电压矢量合成得到的，这类方法在理论上可以确保三相电流值在一个采样周期内得到更新。但是，现有硬件系统有限的采样速度和变化不定的占空比使得很难在一个开关周期内采得两相电流。如果一味的选择性能更为优越的硬件系统，将会大大增加实际控制系统的硬件成本。

3. 无电流传感器实现DTC的方法

这一类方法是根据外部直流母线电压和电机模型来估计相电流。这类方法完全取消了电流传感器的使用。但是，这类方法需要精确的电机模型来保证相电流的估计精度，而对电机模型的苛刻要求又降低了DTC的鲁棒性。鲁棒性的下降使得控制系统的可靠性降低。

发明内容

技术问题：本发明的目的就是提出一种单电流传感器实现直接转矩控制系统和方法。该系统和方法能够减少电流传感器的使用数量，从而降低电机驱动控制成本，减小控制系统体积，提高控制系统的可靠性。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出一种单电流传感器实现直接转矩控制方法，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：

其中，、、分别代表三相交流电机A、B、C相电流，、、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：

；

其中，、、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：

其中，、、分别代表三相交流电机A、B、C相电流，、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：

其中， 、分别代表定子电流在两相静止坐标系αβ下的α、β轴分量, 、分别代表定子电压在两相静止坐标系αβ下的α、β轴分量, 、分别代表定子磁链在两相静止坐标系αβ下的α、β轴分量，代表定子电阻；

（7）得到定子磁链幅值和相角：