[发明专利]一种适用于多电机系统的直接转矩控制方法

摘要

本发明公开了一种适用于多电机系统的直接转矩控制方法，首先建立多电机系统转矩、磁链评价函数；对评价函数的离散化、平均化处理，获得转矩、磁链影响因子表；然后通过多电机系统偏差耦合控制器产生单台电机的转矩参考值；最后计算转矩影响因子参考值p_τ^*和磁链影响因子参考值p_λ^*，并建立目标函数，根据转矩、磁链影响因子表，选择使目标函数值最小逆变器电压矢量，用于控制多电机系统；本发明可实现多电机系统快速转矩响应，同时降低稳态运行中的转矩波动；本发明建立的转矩、磁链影响因子表，可全面、直接、精细的反应出不同逆变器电压矢量在不同占空比作用下对多电机系统电磁转矩和电机定子磁链幅值的影响程度。

主权项

一种适用于多电机系统的直接转矩控制方法，包括以下步骤：步骤一、通过多电机系统偏差耦合控制器产生单台电机的控制参考信号：将多电机系统的某一台电机的速度反馈值同所述多电机系统内其它电机的速度反馈值分别做差，然后将所得到的偏差乘以相应增益，最后将所得结果相加得偏差补偿信号；将偏差补偿信号、该台电机的速度参考值及该台电机速度反馈值求和，从而得到单台电机的控制参考信号；步骤二、根据步骤一得到的单台电机的控制参考信号，选择最优逆变器电压矢量，控制电机系统运行；包括以下步骤：步骤2‑1、建立多电机系统转矩评价函数、磁链评价函数；建立空间旋转坐标系x‑y，且将电机定子磁链Ψ_s定位在x轴上；定义转矩评价函数τ、磁链评价函数λ、反电势评价函数e分别如下：$\mathrm{\τ}=\frac{V_y}{2/3V_{\mathrm{dc}}}---\left(1\right)$$\mathrm{\λ}=\frac{V_x}{2/3V_{\mathrm{dc}}}---\left(2\right)$$e=\frac{{\mathrm{\ω}}_r\left|{\mathrm{\Ψ}}_s\right|}{2/3V_{\mathrm{dc}}}---\left(3\right)$式（1）、式（2）和式（3）中，V_x和V_y分别表示电机定子电压的x轴和y轴分量；ω_r表示电机转子电角速度；|Ψ_s|表示电机定子磁链幅值；V_dc表示变流器直流侧电压值；步骤2‑2、对多电机系统磁链评价函数进行离散化、平均化处理，建立多电机系统转矩、磁链影响因子表；转矩影响因子p_τ和磁链影响因子p_λ计算公式分别为：$p_{\mathrm{\τ}}=\mathrm{round}[\frac{k}{\mathrm{\π}/6}{\∫}_{\frac{\mathrm{\π}}{6}(l_{\mathrm{\θ}}-1)}^{\frac{\mathrm{\π}}{6}{l}_{\mathrm{\θ}}}m\·\mathrm{\τd}{\mathrm{\θ}}_s]---\left(4\right)$$p_{\mathrm{\λ}}=\mathrm{round}[\frac{k}{\mathrm{\π}/6}{\∫}_{\frac{\mathrm{\π}}{6}(l_{\mathrm{\θ}}-1)}^{\frac{\mathrm{\π}}{6}{l}_{\mathrm{\θ}}}m\·\mathrm{\λd}{\mathrm{\θ}}_s]---\left(5\right)$式（4）和式（5）中，θ_s表示电机定子磁链矢量角；m表示离散化的占空比，且有m∈{‑1,‑5/6,‑4/6,‑3/6,‑2/6,‑1/6,1/6,2/6,3/6,4/6,5/6,1}；l_θ表示电机定子磁链扇区号，且有l_θ∈{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12}；round[]表示就近取整函数，其中，k=10.7，转矩影响因子p_τ和磁链影响因子p_λ为介于‑9到+9之间的整数；计算电机系统全部转矩影响因子p_τ和磁链影响因子p_λ，汇总后得到多电机系统转矩、磁链影响因子表；步骤2‑3、建立目标函数，筛选最优开关组合及其占空比，用于控制电机；首先，分别计算转矩影响因子参考值p_τ^*和磁链影响因子参考值p_λ^*，公式如下：$p_{\mathrm{\τ}}^{*}=(T_e^{*}-T_e)/K_T+p_e---\left(6\right)$$p_{\mathrm{\λ}}^{*}=({\left|{\mathrm{\Ψ}}_s\right|}^{*}-|{\mathrm{\Ψ}}_s\left|\right)/K_{\mathrm{\ψ}}---\left(7\right)$式（6）和式（7）中，T_e^*和|Ψ_s|^*分别为电磁转矩参考值和电机定子磁链幅值参考值；K_T和K_Ψ分别为电磁转矩控制参数和电机定子磁链幅值控制参数；其次，从步骤2‑2得到的多电机系统转矩、磁链影响因子表中查询所有逆变器电压矢量对应的转矩影响因子p_τ和磁链影响因子p_λ的数值；最后，建立目标函数，并选择使目标函数值最小的逆变器电压矢量，用于控制多电机系统；目标函数如下：$f={\mathrm{\ϵ}}_T|p_{\mathrm{\τ}}^{*}-p_{\mathrm{\τ}}|+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ψ}}|p_{\mathrm{\λ}}^{*}-p_{\mathrm{\λ}}|---\left(8\right)$式（8）中，ε_T为电磁转矩权重系数，ε_Ψ为电机定子磁链幅值权重系数，ε_T和ε_Ψ之间的相对取值大小决定了电机电磁转矩和电机定子磁链幅值之间的权重关系；权重值相对越大，该项在系统控制中的重要程度越高；权重值为零的表达式，在系统控制中忽略该项。