[发明专利]一种基于磁链误差矢量法的SVM‑DTC电机控制算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机控制算法的改进方案，属于电机控制领域。

背景技术

直接转矩控制是继矢量控制技术之后又一新型的高效变频调速技术。直接转矩控制具有结构简单、转矩响应快以及对参数鲁棒性好等优点。但传统的直接转矩控制系统在运行过程中转矩和磁链波动太大，严重地限制了直接转矩控制算法的应用，针对这一缺陷的改进具有重大意义。

SVM-DTC控制算法就是在这样的前提下提出的一种直接转矩控制算法的改进方案。其控制思想为：在一个控制周期内选择两个非零电压矢量和一个零电压矢量，根据系统反馈值，计算所需电压大小，在计算出合成此电压所需要的非零电压矢量和零电压矢量的作用时间，便可以合成所需要的任意时刻的电压值，从而实现转矩快速控制及转矩和磁链的无静差控制。

与传统DTC相比较，SVM-DTC省去了滞环比较器和开关表，用一个PI调节器定子磁链观测器来确定定子磁链增量。再根据定子磁链增量和转矩角增量以及定子参考磁链幅值计算出下一个周期所需补偿的电压矢量，用空间电压矢量合成模块合成所需电压，输出相应的PWM波来驱动逆变器。传统直接转矩控制观测的是电动机当前运行周期内的磁链转矩值，与设定值进行比较之后，决定下一个周期所使用的电压矢量，电压在一个周期内只能变换一次，从而产生一个周期的滞后。而SVM-DTC采用“预测”的思想，通过当前所观测定子磁链和转矩值，计算出可以使定子磁链和转矩达到给定值的下一个采样点所需要的电压矢量，力图在下一个采样点时，就使观测转矩和磁链幅值都等于给定值，可以有效地减小磁链幅值和转矩的脉动,改善控制效果。

但是，SVM-DTC控制算法虽然实现了转矩的快速控制以及转矩和磁链的无静差控制，及大地减小了磁链和转矩脉动，改善了控制性能，但却从某种程度上降低了直接转矩控制的简单性这一特点，从SVM-DTC控制系统的实现过程可以看出，电压参考矢量的计算掺杂了磁链，转速等一系列复杂的计算，加之空间矢量合成模块的计算量本来就已非常复杂，更使原本简单易实现的直接转矩控制系统变得复杂冗长。

本文针对SVM-DTC缺点提出了一种基于磁链误差矢量法的改进方案：通过保留DTC的简单性来简化SVM-DTC，即直接由磁链和转矩的PI调节来确定参考电压矢量，同时获得磁链幅值和转矩角，省去了磁链和转速的计算，保留了直接转矩控制的结构简单性，因此，本发明具有十分重要的意义。

发明内容

一种基于定子磁链误差矢量方法的SVM-DTC算法，该方法简化了原有的SVM-DTC算法，保留了传统DTC简单性优点，包括以下步骤：

1)定子磁链误差经过PI调节可以获得电压矢量相角

静止坐标系下定子磁链方程为

U_s，R_s，i_s为定子电压向量、电阻和电流；

由于定子磁链与电压矢量之间的积分关系，使得两者在本质上相互垂直。改变电压矢量的幅值可以使定子磁链转速发生变化，从而引起转矩角(或转矩的变化)，通过改变电压矢量方向来实现对磁链幅值的改变，即电压矢量相角与定子磁链幅值成比例关系。通过施加不同方向的电压矢量，定子磁链有三种可能的状态：

其中，

式中，u₁，u₂，u₃分别为使定子磁链变大、不变、变小的不同方向的空间电压矢量，Δt为单位作用时间。

综上所述，参考电压矢量的相角可直接由磁链经过PI调节后获得。电压矢量相角公式可以表示为

式中，M_p，M_i分别为比例和积分系数，θ(k)为磁链位置角。

2)转矩误差经PI调节可以获得电压矢量幅值

在转子旋转dq坐标系下，SVM-DTC原始方案中，PMSM电磁转矩由磁链和转矩角计算而得，电磁转矩计算公式如下

其中，为定子磁链向量，为转子永磁体大小。T_e是电磁转矩，L_q，L_d分别为定子直轴和交轴电感，δ是定子磁链和转子磁链之间的电磁角度，即转矩角。

对于面贴式PMSM，有L_d＝L_q＝L_s，故dq坐标系下的转矩公式可以写成

当既能保证Te和δ之间的线性关系且使得电机电流较小，所以的期望值通常取值为当定子磁链幅值为恒定值时，转矩变化量只与δ相关。