[发明专利]表面式永磁同步电机的直接转矩控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于永磁同步电机技术领域，更具体地，涉及一种表面式永磁同步电机的直接转矩控制方法及系统。

背景技术

传统的直接转矩控制(Direct Torque Control,DTC)方法不运用任何电流调节器、坐标变换和空间矢量脉宽调制信号发生器，仅需要考虑定子坐标轴，其中，定子电阻是影响系统性能的唯一电机参数，基于它的控制结构简单，动态响应快，直接转矩控制在过去几十年中已受到了广泛关注。在传统的直接转矩控制中，按照一定的规则从预选开关表中选择一个离散空间电压矢量，通过开关控制来控制电机的转矩和磁通。然而，直接从电压源变换器产生的八个空间电压矢量中，没有一个能精确地控制转矩和磁链。因此，基于磁滞回线的传统直接转矩控制有着转矩和磁链脉动高，开关频率变化等缺陷。

近年来，研究人员已经在集中解决直接转矩控制的这些不足。1991年，Habetler学者在感应电机(Induction Motor,IM)的直接转矩控制中首次引入了空间矢量调制(Space Vector Modulation,SVM)这一概念。SVM-DTC有效地解决了转矩及磁链脉动大和开关频率变化等问题，因此在接下来的几年里，SVM-DTC得到了快速发展。但传统的SVM-DTC系统只使用一个PI控制器来计算基于转矩误差的参考电压矢量，导致系统的动态性能差，效果由选择的PI参数决定。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种表面式永磁同步电机的直接转矩控制方法及系统，通过近似处理简化电磁转矩T_e和定转子磁链之间的相角δ的关系式，加快了系统的处理速度，提高了系统的动态响应性能，减小了转矩脉动，同时扩大了SVM-DTC的应用范围。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，本发明提供了一种表面式永磁同步电机的直接转矩控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)获取定子电压和定子电流；

(2)根据定子电压和定子电流，计算电磁转矩T_e和定子磁链ψ_s；

(3)根据电磁转矩T_e和定子磁链ψ_s，计算当前时刻的转矩角δ，结合转矩角参考值δ*得到下一采样周期内的转矩角变化量Δδ；

(4)根据下一采样周期内的转矩角变化量Δδ以及定子磁链与α轴之间的相角ρ_s，得到下一周期定子磁链与α轴之间的相角参考值ρ_sref；

(5)根据下一周期定子磁链与α轴之间的相角参考值ρ_sref以及定子磁链参考值计算得到α轴和β轴的定子电压参考值U_sα和U_sβ，将其作为电压空间矢量调制的输入，实现对表面式永磁同步电机的直接转矩控制。

优选地，所述步骤(3)中，转矩角参考值δ*通过如下方法得到：

(A1)获取电机转速ω；

(A2)将电机转速参考值ω*与电机转速ω的差值进行PI调节得到电磁转矩参考值T_e*；

(A3)根据电磁转矩参考值T_e*和定子磁链参考值计算得到转矩角参考值δ*。

优选地，电机转速参考值ω*和定子磁链参考值为预先设定量。

优选地，所述步骤(3)中，当前时刻的转矩角δ为：

其中，为电磁转矩的幅值，p为电机极对数，|ψ_f|为转子磁链的幅值，|ψ_s|为定子磁链的幅值，L_s为定子电感。

按照本发明的另一方面，提供了一种表面式永磁同步电机的直接转矩控制系统，其特征在于，包括：

第一模块，用于获取定子电压和定子电流；

第二模块，用于根据定子电压和定子电流，计算电磁转矩T_e和定子磁链ψ_s；

第三模块，用于根据电磁转矩T_e和定子磁链ψ_s，计算当前时刻的转矩角δ，结合转矩角参考值δ*得到下一采样周期内的转矩角变化量Δδ；

第四模块，用于根据下一采样周期内的转矩角变化量Δδ以及定子磁链与α轴之间的相角ρ_s，得到下一周期定子磁链与α轴之间的相角参考值ρ_sref；