[发明专利]一种基于直接转矩控制的同步磁阻电机弱磁控制系统

说明书

技术领域

本发明设计交流电机传动技术领域，具体涉及一种同步磁阻电机直接转矩弱磁控制系统。

背景技术

同步磁阻电机结构简单，具有高效率、高功率密度、易弱磁扩速、易维护、成本低等显著优点，在轨道交通和航天事业中有着光明的应用前景。

随着工业的快速发展，对高速电机的需求也越来越多。同步磁阻电机因其易扩速的特点，受到人们的关注。传统的同步磁阻电机直接转矩控制系统主要由转矩、磁链滞环控制器和开关表组成，根据滞环控制器的输出结果，从预制的开关表中选取合适的电压矢量对转矩、磁链直接进行控制。该控制系统调速范围窄，转矩脉动大，控制效果易受电机参数变化的影响，鲁棒性差，在高速运行时，系统稳定性差，很达到一些场合的应用要求。文献[1]A novel direct torque controlled interior permanent magnet synchronous machine drive with low ripple in flux and torque and fixed switching frequency中提出一种永磁同步电机的控制系统，其将直接转矩控制和电压空间矢量调制技术相结合，减小了脉动，提高了控制精度，为同步磁阻电机的控制也提供了思路。文献[2]A Novel Control Scheme for Maximum Power Operation of Synchronous Reluctance Motors Including Maximum Torque Per Flux Control借鉴文献[1]的思路，提出一种在f-t坐标系下计算给定电磁转矩值得方法，提高了系统的精确性，但系统复杂，计算量比较大，而且只考虑电机直轴电感的变化，忽略了交轴电感的变化，这与电机实际运行情况不符，会影响系统的稳定性。很有必要提出一种新的控制系统，来提高同步磁阻电机的控制精度，拓宽其调速范围，增强其对电机电感参数变化的鲁棒性。

发明内容

本发明目的在于针对当前技术中存在的其转矩限幅对电机电感参数变化没有鲁棒性，控制效果差，系统稳定性不高等不足，提出一种基于直接转矩控制的同步磁阻电机弱磁控制系统。该系统通过电流电压检测模块的设置，以及加入转矩限幅自适应控制器模块和定子磁链给定值计算模块，拓宽了其调速范围，增强了在高速弱磁区域对电机参数变化的鲁棒性，提高了系统的稳定性。

本发明控制系统所用装置及操作：

一种基于直接转矩控制的同步磁阻电机弱磁控制系统，包括控制模块、逆变电路、电流电压检测模块和转速检测模块；控制模块输出控制信号接入逆变电路，逆变电路输出端通过导线与同步磁阻电机相连，且导线穿过电流电压检测模块，电流电压检测模块还与控制模块相连，转速检测模块一端与同步磁阻电机相连，另一端接入控制模块。

所述的控制模块包括比较模块、PI调节模块、转矩限幅自适应控制器模块、参考电压矢量计算模块、电压矢量脉宽调制模块、定子磁链给定值计算模块、转矩磁链观测模块和Clarke变换，其中，比较模块、PI调节模块、转矩限幅自适应控制器模块、参考电压矢量计算模块、电压矢量脉宽调制模块顺次相连；定子磁链给定值计算模块分别与转矩限幅自适应控制器模块、参考电压矢量计算模块相连；参考电压矢量计算模块还与转矩磁链观测模块相连，转矩磁链观测模块的另一端与Clarke变换相连；Clarke变换与电流电压检测模块相连；电压矢量脉宽调制模块与逆变电路相连；比较模块、定子磁链给定值计算模块分别与转速检测模块相连。

所述的基于直接转矩控制的同步磁阻电机弱磁控制系统的运行方法，该方法为以下两种方法之一：

当同步磁阻电机转速低于基速，在恒转矩区运行时，包括以下步骤：

第一步：电流电压检测电路测得两相电流i_a、i_b和两相电压u_a、u_b，经过过Clarke变换得到i_α、i_β和u_α、u_β，输入给转矩磁链观测模块，以估算出当前电磁转矩和当前磁链的大小，然后将其输入给参考电压矢量计算模块；

第二步：转速检测模块检测电机当前转速，其与给定转速经过比较模块得到转速差值，转速差值经过PI调节器和转矩限幅自适应控制模块得到转矩给定值，转矩给定值一路输入给参考电压矢量计算模块，一路输入给定子磁链给定值计算模块并按式(1)计算得到定子磁链给定值，定子磁链给定值再输入到参考电压矢量计算模块，