[发明专利]一种可抑制共模电压的直接转矩控制方法

权利要求书

1.一种可抑制共模电压的直接转矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：建立仅使用旋转矢量的矩阵变换器电压矢量开关表

根据矩阵变换器输入电压矢量相角θVi 的取值确定各个旋转矢量的位置分布，并根据定子磁链所处位置相应建立开关表，具体包括以下子步骤：

步骤 1-1：建立θVi∈(π/12,π/6)时的开关表

当θVi∈(π/12,π/6)时，将六个旋转矢量从+10 开始沿逆时针方向依次重新编号为 R₁~R₆，将定子磁链沿逆时针方向超前 R₁ 的夹角记为αs，根据αs 的取值范围分别建立开关表；

当定子磁链位于 R₆ 与 R₁ 之间的扇区内任意位置，即αs∈(-2θR1,0)时，以定子磁链为 x 轴建立 x-y 轴直角坐标系，则在 x-y 坐标系的第一象限至第四象限内依次选取R₁、R₃、R₄、R₆ 四个电压矢量构成 直接转矩控制开关表中的一列，分别满足增大磁链增大转矩、减小磁链增大转矩、减小磁链减小转矩和增大磁链减小转矩的控制需求；

当定子磁链位于 R₁ 与 R₂ 之间的扇区内，即αs∈(0, 2π/3-2θR1)时，将该扇区再细分为三个子扇区，用 x₁、x₂ 表示三个子扇区间的两条边界线，y₁、y₂ 分别为 x₁、x₂ 的垂线，且y₁ 与 R3 重合，x₂ 与 R₅ 重合，则 x₁、x₂ 与 R₁ 之间夹角分别为π/6、π/3；

定子磁链位于 R₁ 与 R₂ 之间的扇区内有如下三种情形：

情形 1：当定子磁链位于 R₁ 与 x₁ 之间的子扇区内，即αs∈(0, π/6)时，则在以定子磁链为x 轴的 x-y 坐标系的第一至第四象限可依次选取 R₂、R₃、R₅、R₆ 四个电压矢量，用于组成 直接转矩控制开关表中的一列；

情形 2：当定子磁链位于 x₁ 与 x₂ 之间的子扇区内，即αs∈(π/6, π/3)时，在第一至第四象限可依次选取 R₂、R₄、R₅、R₁ 四个电压矢量；

情形 3：当定子磁链位于 x₂ 与 R₂ 之间的子扇区内，即αs∈(π/3, 2π/3-2θR1)时，可依次选取R₃、R₄、R₆、R₁ 四个电压矢量；

由以上过程建立得到定子磁链位于 R₆ 与 R₂ 之间的扇区内，即αs∈(-2θR1, 2π/3-2θR1)时的直接转矩控制开关表；

根据旋转矢量位置分布的对称性，当定子磁链位于 R₂ 与 R₄ 之间的扇区内时，情况与位于 R₆ 与 R₂ 之间的扇区内类似，αs 增加 2π/3，只需将上述开关表中对应矢量按逆时针方向增加 2；

同理，当定子磁链位于 R₄ 与 R₆ 之间的扇区内时，αs 增加 4π/3，只需将上述开关表中对应矢量按逆时针方向增加 4；

由以上过程建立得到θVi∈(π/12,π/6)时，定子磁链位于任意扇区内，即αs∈(0, 2π)时的直接转矩控制综合开关表；

步骤 1-2：建立θVi∈(0, π/12)时的开关表

当θVi∈(0,π/12)时，同样将六个旋转矢量从+10 开始沿逆时针方向依次重新编号为R₁~R₆， 并根据定子磁链沿逆时针方向超前 R₁ 的夹角αs 的取值范围分别建立开关表；

当定子磁链位于 R₆ 与 R₁ 之间的扇区内任意位置，即αs∈(-2θR1,0)时，在以定子磁链为 x 轴建立的 x-y 坐标系的第一象限至第四象限内依次选取 R₁、R₃、R₄、R₆ 四个电压矢量构成直接转矩控制开关表中的一列；

当定子磁链位于 R₁ 与 R₂ 之间的扇区内，即αs∈(0, 2π/3-2θR1)时，将该扇区再细分为七个子扇区，用 x₁~x₆ 表示七个子扇区间的六条边界线，y₁~y₆ 分别为 x₁~x₆ 的垂线，且y₁ 与 R₂ 重合，y₂ 与 R₃ 重合，x₃ 与 R₄ 重合，x₄ 与 R₅ 重合，y₅ 与 R₆ 重合，y₆ 与 R₁ 重合，则 x₁~x₆ 与 R₁ 之间夹角分别依次为π/6-2θR1、π/6、π/3-2θR1、π/3、π/2-2θR1、π/2；

定子磁链位于 R₁ 与 R₂ 之间的扇区内有如下七种情形：

情形 1：当定子磁链位于R₁ 与 x₁ 之间的子扇区内，即αs∈(0, π/6-2θR1)时，则在以定子磁链为 x 轴的 x-y 坐标系的第二至第四象限可依次选取 R₃、R₅、R₆ 三个电压矢量，而第一象限则没有矢量可选，为了避免开关表中的空格，从相邻象限中选取一个距离最近的矢量 R₁ 或R₂，从而组成直接转矩控制开关表中的一列；

情形 2：当定子磁链位于 x₁ 与 x₂ 之间的子扇区内，即αs∈(π/6-2θR1, π/6)时，可从x-y 坐标

系的第一至第四象限依次选取 R₂、R₃、R₅、R₆ 四个电压矢量组成直接转矩控制开关表中的一列；情形 3：当定子磁链位于 x₂ 与 x₃ 之间的子扇区内，即αs∈(π/6, π/3-2θR1)时，在 x-y 坐标系

的第一、第三及第四象限可依次选取 R₂、R₅、R₁ 三个电压矢量，而第二象限没有矢量可选， 从相邻象限中选取一个距离最近的矢量 R₃ 或 R₄，从而组成直接转矩控制开关表中的一列；

情形 4：当定子磁链位于 x₃ 与 x₄ 之间的子扇区内，即αs∈(π/3-2θR1, π/3)时，在第一至第四象限可依次选取 R₂、R₄、R₅、R₁ 四个电压矢量；

情形 5：当定子磁链位于 x₄ 与 x₅ 之间的子扇区内，即αs∈(π/3, π/2-2θR1)时，在x-y 坐标系的第一、第二及第四象限可依次选取 R₃、R₄、R₁ 三个电压矢量，而第三象限没有矢量可选，从临近象限中选取 R₅ 或 R₆；

情形 6：当定子磁链位于 x₅ 与 x₆ 之间的子扇区内，即αs∈(π/2-2θR1, π/2)时，在第一至第四象限可依次选取 R₃、R₄、R₆、R₁ 四个电压矢量；

情形 7：当定子磁链位于 x₆ 与 R₂ 之间的子扇区内，即αs∈(π/2, 2π/3-2θR1)时，可依次选取R₃、R₄、R₆、R₁ 四个电压矢量；

对于情形 1，在 R₁ 与 R₂ 之中选择 R₂，则情形 1 所选的四个矢量与情形 2 完全一致，将此两种情形合并，开关表中相应列随之合并；

同理对于情形 3 在 R₃ 与 R₄ 之中选择 R₄，对于情形 5 在 R₅ 与 R₆ 之中选择 R₆，对于情形7 在 R₁ 与 R₂ 之中选择 R₁，并将情形 3 与情形 4 合并，情形 5、情形 6 与情形 7 合并，开关表中相应列随之合并；

由以上过程建立得到定子磁链位于 R₆ 与 R₂ 之间的扇区内，即αs∈(-2θR1, 2π/3-2θR1)时的直接转矩控制开关表；

根据旋转矢量位置分布的对称性，当定子磁链位于 R₂ 与 R₄ 之间的扇区内或者 R₄与 R₆ 之间的扇区内时，情况与位于 R₆ 与 R₂ 之间的扇区内类似，αs 分别增加 2π/3 或4π/3，只需将上述开关表中对应矢量按逆时针方向分别增加 2 或 4；

由以上过程建立得到θVi∈(0,π/12)时，定子磁链位于任意扇区内，即αs∈(0, 2π)时的直接转矩控制

综合开关表，与θVi∈(π/12,π/6)时的综合开关表完全相同；步骤 1-3：建立旋转矢量映射表

根据子步骤一与子步骤二，在θVi 位于(0,π/6)范围内时，具有统一的开关表；

根据旋转矢量位置分布随θVi 周期性变化的规律，当θVi 位于(π/6,π/3)、(π/3,π/2)、(π/2,2π/3) 等其他范围内时，均具有与位于(0,π/6)范围内时相同的开关表，只要对旋转矢量 R₁~R₆ 采用如下相同的编号规则：

将相邻两矢量夹角较大的一个扇区的起始边界矢量编号为R₁，并按逆时针方向递增编号，依次得到 R₁~R₆，所对应的原编号具有以下情形：

情形 1：θVi∈(0,π/6)时，R₁~R₆依次对应的开关状态为+10、-11、+12、-12、+11、-10；

情形 2：θVi∈(π/6,π/3)时，R₁~R₆依次对应的开关状态为-10、+10、-11、+12、-12、+11；

情形 3：θVi∈(π/3,π/2)时，R₁~R₆依次对应的开关状态为+11、-11、+10、-12、+12、-10；

同理得到θVi 位于其他各区间范围内时旋转矢量编号对应关系，根据各个区间内的对应关系建立旋转矢量映射表；

步骤二：在上述 直接转矩控制综合开关表中查询用 R₁~R₆ 编号的旋转矢量，并在旋转矢量映射表中查询旋转矢量的原始编号

计算输入电压矢量相角θVi；查询旋转矢量映射表获得 R1 对应的旋转矢量原始编号；计算旋转矢量R1 的相角θR1；计算定子磁链矢量相角；计算αs；根据αs 和直接转矩控制对转矩及磁链的控制需求查询综合开关表获得用R1~R6 编号的旋转矢量；查询旋转矢量映射表获得旋转矢量的原始编号；根据旋转矢量原编号确定MC各开关管的导通状态，利用换流控制电路实现安全换流，驱动电机系统运行。