[发明专利]一种混合励磁同步电机的直接转矩控制方法

权利要求书

1.一种混合励磁同步电机的直接转矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、采用混合励磁同步电机，获取转子的三相电流i_ai_bi_c和三相电压u_au_bu_c；

步骤2、根据混合励磁同步电机输出的电流和电压信号，通过滑膜观测器确定转子的转速和位置角；

步骤3、根据滑膜观测器中得出的转速，利用PI调节得到转矩输出；

步骤4、将得到的转速、转矩和位置角作为电流滞环比较直接转矩控制模块的输入，得到定子的三相电源信号，输入混合励磁同步电机中，完成对电机的控制。

2.如权利要求1所述的混合励磁同步电机的直接转矩控制方法，其特征在于，步骤2中通过滑膜观测器确定转子的转速和位置角具体为：

假设任意n维状态空间的非线性控制系统状态方程的数学模型为：

其中，x为系统输入状态变量，u为系统输入控制函数。

切换函数s(x)为：

s(x)＝s(x₁,x₂…x_n) s∈R^m

系统输入控制函数u根据定义的切换函数s(x)，在s(x)＝0构成的面上切换，即有：

式中，u⁺(x,t)、u^-(x,t)为变结构控制函数，u⁺(x,t)≠u^-(x,t)，基于滑模变结构的控制系统须满足以下条件：

(1)到达条件：控制系统的任一点将向滑模切面s(x)＝0方向靠近，即

(2)等效控制：理想的滑动模态是光滑的，存在条件s＝0，可得：

对上式求解，如果u的解存在，称为系统在滑动模态区内可以求得等效控制函数。

3.如权利要求1所述的混合励磁同步电机的直接转矩控制方法，其特征在于，所述步骤4中将转速n、转矩T_e和位置角作为电流滞环比较直接转矩控制模块的输入信号，输出混合励磁同步电机的定子三相电源信号i_a′i_b′i_c′，具体为：

根据两相静止坐标和三相静止坐标的对应关系，可以将三相相电流i_a、i_b、i_c经过3/2变换得到两相静止αβ参考坐标系中α轴电流i_α和β轴电流i_β如下所示：

利用直流母线电压U_dc和逆变器开关状态S_a、S_b、S_c，根据下式确定两相静止αβ坐标系中α轴电压u_α和β轴电压u_β，即：

式中，S_a、S_b、S_c分别为三相逆变桥臂a、b、c功率开关器件的开关状态，上桥臂导通时值为1，下桥臂导通时值为0；

三相对称定子绕组由三相电压供电时，每一相都写出一个电压平衡方程式，求三相电压平衡方程得矢量和，得定子合成电压与合成磁链空间关系为：

将上式经3/2变换，得到电机在两相静止αβ参考坐标系中α轴定子磁链ψ_α和β轴定子磁链ψ_β：

定子磁链ψ_s与分量ψ_α和ψ_β之间的关系表示为：

定子磁链的位置角θ_s，得：

在两相静止参考坐标系中，HESM电机的电磁转矩方程为：

根据上述公式，建立HESM电机电流滞环比较直接转矩控制系统，其中参考电流计算模块采用了i_d＝0的控制策略，无论电机运行在轻载或重载状态，始终保持d轴电流为零，利用励磁电流i_f进行调整；电机轻载运行时，负载小于等于额定负载，保持d轴电流等于0，电枢电流能够满足负载要求，无需增磁控制，励磁电流i_f＝0，则参考电流为：

定子磁链参考值ψ_sref：

电机起动或重载运行时，负载转矩大于额定转矩，同样保持d轴电流等于0，q轴电流达到额定电流i_qN，利用励磁电流i_f増磁，提高电机的带载能力，参考电流为：

定子磁链参考值ψ_sref：

根据负载大小判断电机运行状态，通过上述公式得定子参考磁链ψ_sref。