[发明专利]一种双三相电机直接转矩控制系统及其方法

说明书

本发明公开了一种双三相电机直接转矩控制系统及其方法，涉及多相电机控制技术领域。双三相电机包含两套对称三相绕组，两套绕组空间上互差30度。本发明通过采样电机的各相电流和转子角度信息获得转速，转矩和磁链信息。由转速控制器获得转矩误差，通过磁链控制器获得转矩误差。根据磁链信息和转速信息选取目标电压矢量。根据转矩误差和磁链误差计算出目标电压矢量占空比。由开关序列生成模块根据目标电压矢量和占空比生成开关序列驱动功率器件的驱动信号，从而实现对双三相永磁电机控制。本发明可同时减小双三相永磁电机的谐波电流、转矩脉动和磁链脉动。从而提升双三相电机的稳态性能。

技术领域

本发明属于多相电机驱动控制领域，尤其是涉及一种双三相电机直接转矩控制系统及其方法。

背景技术

多相电机相对于传统三相电机具备了功率密度大、转矩脉动小、容错性能好的特点得到了广泛的关注。在多相电机中，以双三相电机为代表的具有多套对称三相绕组的电机，由于具备了抑制零序电流的能力具有较大的应用潜力。然而随着电机相数的增多，传统针对三相电机提出的直接转矩控制策略存在着明显不足。例如双三相电机直接采用传统直接转矩控制策略会造成谐波电流大、转矩脉动大、磁链脉动大的问题。国内外目前针对双三相直接转矩控制存在的问题，提出了一些改进的直接转矩策略用于提高双三相电机的控制性能。主要的技术方案有采用虚拟电压矢量以及引入占空比调制的方法实现减小谐波电流和转矩脉动。但现有的双三相电机直接转矩控制策略，在一个周期内通常仅采用一个基本电压矢量或者仅采用一个虚拟矢量限制了调制范围，无法在同一个控制周期内同时减小转矩脉动、磁链脉动以及谐波电流。因此，即便采用改进的直接转矩控制策略，双三相电机系统依旧存在稳态性能差的问题。

发明内容

发明目的：针对现有双三相直接转矩控制策略存在稳态性能差的问题，本发明提供了一种双三相电机直接转矩控制策略，通过引入多虚拟电压矢量拓宽调制区域同时减小了谐波电流，并在占空比计算中同时考虑转矩和磁链从而实现了减小转矩脉动，磁链脉动的目的。

技术方案为：一种双三相电机直接转矩控制系统，包含转速和磁链控制器、开关序列生成模块、占空比计算模块、开关表、观测器模块、电压源型逆变器、双三相电机；

所述观测器模块输入为双三相电机六相电流和位置传感器获得的双三相电机转子位置信息。输出为定子磁链的位置信息、电磁转矩、定子磁链幅值和转速信息；其中位置信息和转速信息由位置传感器直接解析得到。电磁转矩和磁链信息通过坐标变换的方式将电流投影到基波平面，然后根据基波平面下的电机数学模型计算得到磁链和电磁转矩；

所述转速和磁链控制器模块输入为给定转速、给定磁链幅值以及由观测器模块获得的实际定子磁链幅值和实时转矩，由转速控制器获得参考转矩并与反馈的实时转矩得到转矩误差。磁链由磁链控制器获得。最后由转速和磁链控制器模块获得转矩误差和磁链误差；

所述开关表输入为由观测器模块输出的定子磁链位置信息，输出为选定的目标电压矢量；

所述占空比计算模块输入为选定的目标电压矢量、转矩误差和磁链误差，输出为每个目标电压矢量对应的占空比；

所述开关序列生成模块输入为目标电压矢量和其对应的占空比，输出为各桥臂的占空比；

所述电压源型逆变器为两电平电压源型逆变器，输入为各桥臂的驱动信号输出为电压矢量并输出与双三相电机相连接。

进一步，电压源型逆变器共有64种开关序列，每个开关序列对应的电压矢量可通过解耦矩阵分解到基波平面和谐波平面。

进一步，开关表包含了12个虚拟电压矢量，每个虚拟电压具有谐波平面等效幅值为0的特点。

进一步，开关表在每个控制周期根据定子磁链位置信息使用两个虚拟矢量和一个零矢量。

进一步，占空比计算模块根据两个目标虚拟电压矢量、零矢量、转矩误差、磁链误差计算得到每个虚拟电压矢量对应的占空比。