[发明专利]一种混合励磁同步电机无位置传感器直接转矩控制方法

权利要求书

1.一种混合励磁同步电机无位置传感器直接转矩控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)三个霍尔电流传感器和两个电压传感器分别从电机主电路采集相电流i_a、i_b和励磁电流i_f，母线电压U_DC和励磁电压U_f，将采集到的信号经电压跟随、滤波、偏置及过压保护信号调理后送入控制器；

(2)将送入控制器的相电流i_a、i_b进行A/D转换，经过三相坐标系到两相静止坐标系的3/2变换得到两相静止坐标系下的α轴电流i_α和β轴电流i_β；利用送入控制器的U_DC和开关状态S_a、S_b、S_c，根据下式确定两相静止坐标系下的α轴电压u_α和β轴电压u_β：

uαuβ=UDC32-1-103-3SaSbSc]]>

其中，S_a、S_b、S_c分别为逆变器三相桥臂a、b、c上下开关管的开关状态，上桥臂导通时值为1，下桥臂导通时，值为0；

(3)利用步骤(2)得到的i_α、i_β、u_α、u_β，根据以下各公式分别计算实际电磁转矩估计值T_e、实际定子磁链估计值ψ_s、定子磁链工作扇区估计值θ_i：

ψs=(∫(uα-Rsiα)dt)2+(∫(uβ-Rsiβ)dt)2]]>

Te=32p(ψαiβ-ψβiα)]]>

θi=arctan(ψαψβ)]]>

其中，ψ_α和ψ_β分别为两相静止坐标系下的定子α轴磁链和β轴磁链，R_s为电枢绕组电阻，p为电机极对数；

根据以下各公式分别计算实际转速估计值n和转子位置角估计值θ_e：

θe=arctan(eαeβ)=arctan((K1sign(i‾α))(K1sign(i‾β)))]]>

n=30pπωe=30pπdθedt=30pπd arctan(eαeβ)dt]]>

其中，K₁是固定的观测增益，为定子α轴观测误差电流，为定子β轴观测误差电流，分别为α轴与β轴观测电流，sign()为符号函数，e_α、e_β分别为α轴与β轴反电势，ω_e为电角速度；

(4)用给定转速n_ref减去步骤3)估测到的转速n，将得到的转速偏差△n输入速度调节器后得到电磁转矩参考值T_eref，将所述电磁转矩参考值T_eref和估计转速n送入电流分配器，判断实际转速是否小于额定转速，如是，则电机运行于低速区，进入步骤5)，否则，电机运行于高速区，进入步骤6)；

(5)判断负载转矩是否满足T_L≤T_N，确定定子磁链参考值ψ_sref和电磁转矩参考值T_eref后进入步骤(7)，其中T_L为负载转矩、T_N为额定转矩，具体如下；

当T_L≤T_N时，无需增磁控制，i_f＝0，采用i_d＝0控制，按照如下电流分配方案进行电流分配：

idref=0iqref=2Teref3pψmifref=0]]>

进而得到定子磁链参考值为

ψsref=ψm2+(2LqTeref3pψm)2]]>

当T_L>T_N时，q轴电流已达到额定值，需进行增磁控制，因此i_q＝i_qN，采用d轴电流i_d＝0控制，按照如下电流分配方案进行电流分配：

idref=0ifref=2Teref-3pψmiqN3pMfiqNiqref=iqN]]>

进而得到定子磁链参考值为：

ψsref=(ψm+2Teref-3pψmiqN3piqN)2+(LqiqN)2]]>

其中，i_dref、i_qref分别为d轴与q轴电流参考值，i_qN为q轴电流的额定值；i_fref为励磁电流参考值；L_d、L_q分别为d轴与q轴电感，M_f为电枢与励磁绕组之间的互感；ψ_m为永磁体磁链；ψ_d、ψ_q分别d轴、q轴磁链；ψ_s为定子磁链，ψ_sref为定子磁链参考值；

(6)首先判断给定转速是否小于弱磁基速n_flux，如是，则保持d轴电流i_d＝0，采用励磁电流i_f弱磁，按照如下电流分配方案进行电流分配：

iqref=2Terefωe3pψmωeNidref=0ifref=ψmMf(ωeNωe-1)]]>

进而得到定子磁链参考值为：

ψsref=(ψmωeNωe)2+(2LqTerefωe3pψmωeN)2]]>

如给定转速达到弱磁基速n_flux，则励磁电流i_f达到额定值，继续采用d轴电流i_d弱磁，按照如下电流分配方案进行电流分配：

iqref=2Teref3p{ψm+(Ld-Lq)Ld[(ωeNωe-1)ψm+MfIrN]-MfIrN}ifref=-IfNidref=1Ld[(ωeNωe-1)ψm+MfIfN]]]>

定子磁链参考值

ψsref=(ψmωeNωe)2+(2LqTeref3p{ψm+(Ld-Lq)Ld[(ωeNωe-1)ψm+MfIfN]-MfIfN})2]]>

其中，I_fN为励磁电流额定值，ω_eN为额定电角速度；

(7)用所述定子磁链参考值ψ_sref减去步骤(3)中得到的实际定子磁链估计值ψ_s得到定子磁链偏差△ψ_s，用电磁转矩参考值T_eref减去步骤(3)中的实际电磁转矩估计值T_e得到电磁转矩偏差△T_e，然后将△ψ_s送入滞环比较器得到转矩控制信号τ，将△T_e送入滞环比较器得到磁链控制信号φ，三个控制信号τ、φ、θ经过开关表选取开关状态，驱动主功率变换器；

同时将步骤(1)中采集的励磁电流i_f，经信号调理与A/D转换后，与步骤(5)或(6)得到的励磁电流参考值i_fref一起送入直流励磁脉冲宽度调制模块，运算输出4路脉冲宽度调制信号来驱动励磁功率变换器。

2.根据权利要求1所述的混合励磁同步电机无位置传感器直接转矩控制方法，其特征在于，所述步骤(7)中的直流励磁脉冲宽度调制模块为空间矢量脉冲宽度调制模块。