[发明专利]无差拍转矩控制装置、方法和系统

说明书

本发明公开了一种无差拍转矩控制装置、方法和系统。其中，无差拍转矩控制方法包括：包括：接收参考转矩定子电压μ_sα,μ_sβ，定子电流i_sα,i_sβ，定子电阻R_s，离散周期T_s，定、转子自感和定转子互感L_s，L_r，L_m，电机极对数p；计算定子磁链和转子磁链；计算k时刻感应电机的转矩；计算k时刻感应电机的转矩角；计算转矩角增量；对定子磁链离散化，得到k时刻的定子磁链，以及k时刻参考定子磁链；计算k时刻的定子电压。根据本发明技术方案，通过无差拍控制代替直接转矩控制的滞环比较器，并加入延时补偿，实现转矩的准确跟踪，减小转矩脉动，固定了开关频率。

技术领域

本发明涉及空间电压矢量脉宽调制的直接转矩控制，尤其涉及一种无差拍转矩控制装置、方法和系统。

背景技术

三电平逆变器是一种低谐波含量和低开关损耗的拓扑结构，相比两电平逆变器，开关器件具有更低的电压应力，在高压大功率领域得到广泛的应用，而三相八开关作为三电平拓扑结构的容错结构，与四桥臂冗余结构相比，器件更少，操作简单。但三相八开关拓扑存在直流侧支撑电容分压不均的问题，即中点电位偏移，会增大电压的谐波含量，增大功率管两端承受的电压，影响负载的正常运行。针对上述问题，文献“三相八开关的两级式T型光伏并网逆变器研究”将TL-Boost电路作为三相八开关的输入，通过控制开关管的通断来控制中点电位。文献“三相八开关容错逆变器驱动PMSM系统模型预测直接转矩控制”采用模型预测直接转矩控制，根据电机的数学模型，建立电压矢量影响转矩、磁链和中点电位的代价函数，选择代价函数最小的矢量作为最优适量输出，在一定程度上抑制了中点电位的波动，但代价函数中磁链、转矩和中点电位项对应的权重系数的确定比较困难。文献“八开关三相逆变器-感应电机传动系统直接转矩控制算法”在直接转矩控制原有的滞环比较器基础上，加入了中点电位滞环比较器，并制成了新的开关矢量表，在控制电磁转矩和磁链的同时兼顾中点电位。

直接转矩控制(Direct Torque Control，DTC)是一种响应快速、结构简单、鲁棒性好的交流电机控制方法。但传统的直接转矩控制采用滞环比较控制代替电流环，无法精确控制磁链和转矩，导致磁链和转矩的脉动，而且磁链和转速的观测精度直接影响系统的控制精度；由于器件的开关频率不固定，输出电流产生不同频率的谐波。针对上述问题，国内外学者做出了研究，文献“表贴式永磁同步电机直接转矩控制变角度预测控制”和“表贴式永磁同步电机直接转矩控制变幅值预测控制研究”通过等分电压矢量的幅值和相角，通过计算预测的磁链和转矩与给定值的偏差最小，来选择最优的电压矢量输出，减小了转矩脉动。文献“基于二阶滑模算法的永磁同步电机直接转矩控制研究”将用二阶滑模控制器代替传统的PI控制器，减小了磁链和转矩的观测误差带来的影响，减小了转矩脉动。文献“永磁同步电机直接转矩控制新型占空比调制策略”通过比较电压矢量对磁链和转矩的作用程度制定了基于磁链和转矩权重因子的新型开关表，选出最优矢量，然后根据磁链和转矩的复合脉动最小，计算出所选矢量的最优占空比，兼顾了磁链脉动和转矩脉动。文献“基于滑模观测器的永磁同步电机直接转矩控制研究”和“感应电机滑模磁链观测器的直接转矩控制研究”采用滑模观测器，分别对磁链和转速进行观测，提高了系统的鲁棒性和控制精度，加快了系统的动态响应。文献“基于恒定频率转矩控制器的感应电机直接转矩控制”将转矩PI与两个相反的三角波比较，代替滞环比较器，固定了开关频率，减小了电流谐波。文献“一种改进的异步电机模型预测直接转矩控制方法”基于传统的有延时补偿的模型预测直接转矩控制，在转矩和磁链的代价函数中加入了开关次数项，用来限制开关频率，并优化了矢量选择器，用预测的参考电压矢量所在扇区的三个电压矢量进行代价函数求解，选择最优矢量，减少了代价函数求解的计算量，减小了转矩和磁链脉动，降低了开关频率。