[发明专利]一种直线电机单电流传感器直接推力控制方法

说明书

本发明公开了一种直线电机单电流传感器直接推力控制方法，该方法包括以下步骤：(1)通过采样电路测得外部直流母线电流i_dc，动子位置角θ_e；(2)计算推力控制值、磁链控制值、定子磁链扇区编号；(3)计算沦陷时间和计算切换指令；(4)重新计算推力控制值，磁链控制值；(5)根据推力控制值、磁链控制值、定子磁链扇区编号和电压矢量表选择电压矢量。本发明的方法与传统DFC方法相比，本发明减少了两个电流传感器的使用，降低了控制系统的硬件成本，减小了控制系统体积，保证了三相电流估计值的精度；此外，还保持了稳态性能和动态性能的不变。

技术领域

本发明属于电机驱动与控制技术领域，尤其涉及一种直线电机单电流传感器直接推力控制方法。

背景技术

20世纪80年代，德国和日本学者分别提出了直接转矩控制理论。相对于旋转电机的直接转矩控制，有学者提出了直线电机的直接推力控制(Direct Force Control，DFC)。众所周知，DFC具有鲁棒性强、响应速度快、结构简单、易于实现等优势，因此得到了越来越多的青睐。

通常情况下，传统DFC的实现需要三个电流传感器的使用。一个电流传感器位于外部直流母线侧，测量直流母线电流并用于过流保护；另外两个电流传感器则位于电机输入端，用于测量相电流。为了降低控制系统成本和减小控制系统的体积，许多学者提出了减小电流传感器的使用数量甚至不用电流传感器来实现DFC的方法。目前，减少电流传感器来实现DFC的方法主要包括一下两大类：

(1)单电流传感器实现DFC

此类方法通过采样电路测得外部直流母线电流，根据相电流与母线电流的对应关系来重构三相电流。虽然这类方法具有结构简单，易于实现，对硬件要求低等优点，但是，在一个采样周期内只能得到一相电流，无法保证三相电流在短时间内获得均等的重构机会。一旦出现某一相电流长期得不到更新，那么三相电流的重构值的精度无法得到保证，降低了DFC的控制性能。

(2)无电流传感器实现DFC

此类方法不使用电流传感器，根据外部直流母线电压、动子位置角和电机的数学模型来计算三相电流。但是，数学模型需要用到精确的电机的参数来确保三相电流的计算精度。而电机参数的严格要求降低了DFC的鲁棒性，降低了控制系统的可靠性。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出了一种直线电机单电流传感器直接推力控制方法。该方法能够减少电流传感器的使用数量，从而降低电机驱动控制成本，减小控制系统体积，提高控制系统的可靠性。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种直线电机单电流传感器直接推力控制方法，该方法包括如下步骤：

(1)通过采样电路测得直线电机外部直流母线电流i_dc，动子位置角θ_e；

(2)根据直流母线电流i_dc和动子位置角θ_e，计算直线电机磁链控制值、直线电机推力控制值，确定直线电机定子磁链扇区编号，进而基于电压矢量表选择电压矢量；

(3)根据所选择的电压矢量计算相模式、沦陷时间和切换指令；

(4)重新计算直线电机磁链控制值、直线电机推力控制值；

(5)如果切换指令为1，则根据直线电机推力控制值、直线电机磁链控制值、直线电机定子磁链扇区编号N和电压矢量表重新选择电压矢量，实现直线电机的直接推力控制。

进一步的，步骤(2)中，计算直线电机磁链控制值、直线电机推力控制值，确定直线电机定子磁链扇区编号，方法如下：

(2.1)根据上一个采样周期，得到任一相电流和相模式：