[发明专利]三相四开关永磁同步电机调速系统的直接转矩控制方法

说明书

本发明一种三相四开关永磁同步电机调速系统的直接转矩控制方法，包括：步骤一、利用三相四开关逆变器产生的四个不平衡电压矢量，重构出六个基本电压矢量，步骤二、获取永磁同步电机位置，并计算得到电机转速，得到参考转矩给定值步骤三、计算得到电机定子磁链和反馈转矩，以电机转矩和定子磁链作为控制对象，求取输出电压分量u_sq和u_sd，步骤四、根据电压分量u_sq和u_sd得到参考电压矢量判断电压矢量所在扇区，以位于该扇区中的重构得到的有效电压矢量以及零矢量作为备选电压矢量。选取评价函数，将备选电压矢量带入评价函数G，通过使得评价函数G最小，得到输出电压矢量u_i。本发明能达到对转矩精确控制的效果。

技术领域

本发明涉及一种三相四开关永磁同步电机调速系统的直接转矩控制方法，属于电机控制领域。

背景技术

永磁同步电机直接转矩控制方法具有控制结构简单、动态响应快速的优点，在日常生活和工业生产中有着广泛的应用。通常，永磁同步电机直接转矩控制调速系统由三相六开关电压源逆变器馈电。为了减小开关管数量，降低驱动系统的硬件成本和功耗，三相四开关逆变器电机驱动系统得到了越来越多的关注。此外，当三相六开关逆变器的某一相桥臂发生短路、断路等故障情况时，通过设计三相四开关逆变器容错结构，可以提高驱动系统的可靠性，保障电机在逆变器故障状态下继续稳定运行。

永磁同步电机传统直接转矩控制方法将电机与逆变器视为一个整体，在每一个控制周期中从开关矢量表中选取一个固定的电压矢量对转矩和定子磁链进行控制。与三相六开关逆变器相比，三相四开关逆变器拓扑只能产生四个基本电压矢量，且它们的幅值也不完全相同。因而，基于开关矢量表的三相四开关永磁同步电机传统直接转矩控制方法控制精度有限，转矩和磁链波动也会变大，影响电机运行性能，因此有必要加以改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三相四开关永磁同步电机调速系统的直接转矩控制方法，以提升三相四开关永磁同步电机的控制精度。

本发明采用了如下技术方案：

一种三相四开关永磁同步电机调速系统的直接转矩控制方法，其特征在于，包括：

步骤一、利用三相四开关逆变器产生的四个不平衡电压矢量，重构出在坐标平面对称分布的六个基本电压矢量以及零电压矢量，

步骤二、获取永磁同步电机位置，并计算得到电机转速，通过滑模速度控制器得到参考转矩给定值

步骤三、获取永磁同步电机三相电流，并计算得到电机定子磁链和反馈转矩，以电机转矩和定子磁链作为控制对象，求取输出电压分量u_sq和u_sd，

步骤四、根据电压分量u_sq和u_sd得到参考电压矢量判断电压矢量u_s*所在扇区，以位于该扇区中的重构得到的有效电压矢量以及零矢量作为备选电压矢量。选取评价函数将备选电压矢量带入评价函数G，通过使得评价函数G最小，选择出最终的输出电压矢量u_i。

进一步，本发明的三相四开关永磁同步电机调速系统的直接转矩控制方法，还具有这样的特征：步骤一中，重构出的六个电压矢量在坐标平面对称分布，依次相差60°，且幅值相等，六个电压矢量将坐标平面平分为六个扇区，分别为扇区Ⅰ、扇区Ⅱ、扇区Ⅲ、扇区Ⅳ、扇区Ⅴ、扇区Ⅵ。

进一步，本发明的三相四开关永磁同步电机调速系统的直接转矩控制方法，还具有这样的特征：其中，扇区Ⅰ的范围是(-π/6，π/6)；扇区Ⅱ的范围是(π/6，π/2)，扇区Ⅲ的范围是(π/2，5π/6)，扇区Ⅳ的范围是(5π/6，7π/6)，扇区Ⅴ的范围是(7π/6，3π/2)，扇区Ⅵ的范围是(3π/2，11π/6)。