[发明专利]阶梯波反电势无刷直流电机直接转矩控制方法

摘要

本发明公布了一种阶梯波反电势无刷直流电机直接转矩控制方法，属永磁同步电机控制方法。本发明通过将转矩调节信号K_T、定子磁链调节信号K_ψ和阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链相角θ输入开关状态表得到三相全桥逆变器的三相开关状态。将所述三相开关状态经过三相全桥逆变器产生一定的基本矢量直接控制阶梯波反电势无刷直流电机的实际定子磁链ψ和实际转矩T。本发明结合了正弦波永磁同步电机空载定子磁链轨迹规则、三相同时导通(无断续相)和120度方波无刷直流电机结构简单，功率密度高的优点，提高了永磁体利用率(为120度方波无刷直流电机的1.3倍)，简化了电机本体和控制系统。

主权项

1.一种阶梯波反电势无刷直流电机直接转矩控制方法，其特征在于所述阶梯波反电势无刷直流电机的定子绕组为集中式非交叠绕组，阶梯波反电势无刷直流电机的转子为120度电角度径向充磁转子；采用速度传感器检测到阶梯形波反电势无刷直流电机实际转速ω，将给定的阶梯形波反电势无刷直流电机转速ω^*与实际转速ω依次经过速度环、PI环、限幅环得到阶梯波反电势无刷直流电机的给定转矩T^*；将阶梯波反电势无刷直流电机的给定转矩T^*与阶梯波反电势无刷直流电机的实际转矩T依次经过转矩环、二电平迟滞比较电路得到转矩调节信号K_T；将阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链相角θ经过额定定子磁链环得到阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链给定幅值ψ^*，将阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链给定幅值ψ^*经过三电平迟滞比较电路后与阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链实际幅值ψ经过磁链环得到定子磁链调节信号K_ψ；将转矩调节信号K_T、定子磁链调节信号K_ψ和阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链相角θ经过开关状态表得到三相全桥逆变器的三相开关状态即A相开关状态D_A、B相开关状态D_B、C相开关状态D_C，将所述三相开关状态经过三相全桥逆变器得到基本矢量控制阶梯波反电势无刷直流电机的实际定子磁链和实际转矩T；所述阶梯波反电势无刷直流电机的实际转矩T、阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链实际幅值ψ和阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链相角θ的求取包括以下步骤：(1)采用电压传感器检测得到三相全桥逆变器的直流母线电压U_dc，采用所述直流母线电压U_dc与三相全桥逆变器的三相开关状态即A相开关状态D_A、B相开关状态D_B、C相开关状态D_C组合计算得出阶梯形波反电势无刷直流电机在静止abc坐标下的三相相电压即A相电压u_sa、B相电压u_sb、C相电压u_sc：usa=Udc2(2DA-DB-DC)usb=Udc2(2DB-DA-DC)usc=Udc2(2DC-DB-DA),]]>将阶梯形波反电势无刷直流电机在静止abc坐标下的A相电压u_sa、B相电压u_sb、C相电压u_se进行磁势不变的3/2变换得到阶梯形波反电势无刷直流电机在静止αβ坐标系下的定子电压即α相定子电压u_sα、β相定子电压u_sβ：usα=Udc2(2DA-DB-DC)usβ=3Udc2(DB-DC);]]>(2)采用电流传感器检测得到阶梯形波反电势无刷直流电机在静止abc坐标下的三相相电流即A相电流i_sa、B相电流i_sb、C相电流i_sc并进行磁势不变的3/2变换得到阶梯形波反电势无刷直流电机在静止αβ坐标系下的定子电流即α相定子电流i_sα、β相定子电流i_sβ：isα=Udc3(2isa-isb-isc)isβ=3Udc3(isb-isc);]]>(3)利用阶梯形波反电势无刷直流电机在静止αβ坐标系下的α相定子电压u_sα、β相定子电压u_sβ和α相定子电流i_sα、β相定子电流i_sβ计算得到阶梯形波反电势无刷直流电机在静止αβ坐标系下的α相定子磁链ψ_sα，β相定子磁链ψ_sβ：ψsα=∫(usα-Risα)dtψsβ=∫(usβ-Risβ)dt,]]>再将式阶梯形波反电势无刷直流电机在静止αβ坐标系下的α相定子磁链ψ_sα，β相定子磁链ψ_sβ经过αβ坐标到极坐标的变换求得阶梯形波反电势无刷直流电机当前定子磁链矢量的幅值ψ_k和相角θ_k+δ_k：ψ=ψsα2+ψsβ2;]]>θ=arctanψsβψsα]]>(4)采用阶梯形波反电势无刷直流电机在静止αβ坐标系下的定子电流即α相定子电流i_sα、β相定子电流i_sβ，阶梯形波反电势无刷直流电机在静止αβ坐标系下的α相定子磁链ψ_sα，β相定子磁链ψ_sβ计算得到阶梯波反电势无刷直流电机的实际转矩T：T=32p(ψsαisβ-ψsβisα),]]>其中p为阶梯波反电势无刷直流电机的极对数；开关状态表的建立如下：定子磁链工作在6个区间，定子磁链在区间1当定子磁链调节信号K_ψ为1，表示阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链给定幅值ψ^*大于阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链实际幅值ψ，则输出三相全桥逆变器的第二开关矢量当定子磁链调节信号K_ψ为-1，表示阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链给定幅值ψ^*小于阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链实际幅值ψ，则输出三相全桥逆变器的第四开关矢量当定子磁链调节信号K_ψ为0，此时当转矩调节信号K_T为1，则输出三相全桥逆变器的第三开关矢量此时当转矩调节信号K_T为-1，则输出三相全桥逆变器关断矢量即三相全桥逆变器中所有开关管都关断；定子磁链在区间2当定子磁链调节信号K_ψ为1，表示阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链给定幅值ψ^*大于阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链实际幅值ψ，则输出三相全桥逆变器的第三开关矢量当定子磁链调节信号K_ψ为-1，表示阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链给定幅值ψ^*小于阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链实际幅值ψ，则输出三相全桥逆变器的第五开关矢量当定子磁链调节信号K_ψ为0，此时当转矩调节信号K_T为1，则输出三相全桥逆变器的第四开关矢量此时当转矩调节信号K_T为-1，则输出三相全桥逆变器关断矢量即三相全桥逆变器中所有开关管都关断；定子磁链在区间3当定子磁链调节信号K_ψ为1，表示阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链给定幅值ψ^*大于阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链实际幅值ψ，则输出三相全桥逆变器的第四开关矢量当定子磁链调节信号K_ψ为-1，表示阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链给定幅值ψ^*小于阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链实际幅值ψ，则输出三相全桥逆变器的第六五开关矢量当定子磁链调节信号K_ψ为0，此时当转矩调节信号K_T为1，则输出三相全桥逆变器的第五开关矢量此时当转矩调节信号K_T为-1，则输出三相全桥逆变器关断矢量即三相全桥逆变器中所有开关管都关断；定子磁链在区间4当定子磁链调节信号K_ψ为1，表示阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链给定幅值ψ^*大于阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链实际幅值ψ，则输出三相全桥逆变器的第五开关矢量当定子磁链调节信号K_ψ为-1，表示阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链给定幅值ψ^*小于阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链实际幅值ψ，则输出三相全桥逆变器的第一开关矢量当定子磁链调节信号K_ψ为0，此时当转矩调节信号K_T为1，则输出三相全桥逆变器的第六开关矢量此时当转矩调节信号K_T为-1，则输出三相全桥逆变器关断矢量即三相全桥逆变器中所有开关管都关断；定子磁链在区间5当定子磁链调节信号K_ψ为1，表示阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链给定幅值ψ^*大于阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链实际幅值ψ，则输出三相全桥逆变器的第六开关矢量当定子磁链调节信号K_ψ为-1，表示阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链给定幅值ψ^*小于阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链实际幅值ψ，则输出三相全桥逆变器的第二开关矢量当定子磁链调节信号K_ψ为0，此时当转矩调节信号K_T为1，则输出三相全桥逆变器的第一开关矢量此时当转矩调节信号K_T为-1，则输出三相全桥逆变器关断矢量即三相全桥逆变器中所有开关管都关断；定子磁链在区间6当定子磁链调节信号K_ψ为1，表示阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链给定幅值ψ^*大于阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链实际幅值ψ，则输出三相全桥逆变器的第一开关矢量当定子磁链调节信号K_ψ为-1，表示阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链给定幅值ψ^*小于阶梯波反电势无刷直流电机定子磁链实际幅值ψ，则输出三相全桥逆变器的第三开关矢量当定子磁链调节信号K_ψ为0，此时当转矩调节信号K_T为1，则输出三相全桥逆变器的第二开关矢量此时当转矩调节信号K_T为-1，则输出三相全桥逆变器关断矢量即三相全桥逆变器中所有开关管都关断。