[发明专利]基于终端滑模的双凸极电动机直接转矩控制装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于终端滑模的双凸极电动机直接转矩控制装置，包括电机驱动功率变换器、双凸极电动机、三相电压与电流采样调理电路、电机转子位置信号检测电路以及DSP微处理器。同时也公开了该装置的控制方法。本发明由于能对双凸极电动机转矩进行直接转矩控制，因而能有效抑制双凸极电动机的转矩脉动，另外由于转速环采用了终端滑模控制，提高了电动机的动态和稳定性能，从而解决了双凸极转矩脉动大的缺陷，有效拓宽了双凸极电机的应用领域。

主权项

基于终端滑模的双凸极电动机直接转矩控制装置的控制方法，其特征在于：基于终端滑模的双凸极电动机直接转矩控制装置，包括电机驱动功率变换器、双凸极电动机、三相电压与电流采样调理电路、电机转子位置信号检测电路以及DSP微处理器；所述电机驱动功率变换器的输出端与双凸极电动机对应的三相绕组输入端连接，所述三相电压与电流采样调理电路的输入端与双凸极电动机的三相绕组耦合连接，所述双凸极电动机内部装设的霍尔位置传感器的输出端与电机转子位置信号检测电路的输入端连接，所述电机转子位置信号检测电路和三相电压与电流采样调理电路的输出端均与DSP微处理器连接，所述DSP微处理器的PWM输出端与电机驱动功率变换器的输入端连接，包括以下步骤，步骤一，初始化DSP微处理器，使能CAP中断和定时器T3中断；定义模数转换接口ADCIN0～ADCIN2接收调理后的三相电压，模数转换接口ADCIN3～ADCIN5接收调理后的三相电流；定义CAP1～CAP3为I/O口，分别接收双凸极电动机三相位置信号，发送双凸极电动机三相位置信号的端口分别为PA、PB和PC；定义CAP4为捕获口，且为上升沿捕获有效，所述CAP4与PA连接；定义PWM1～PWM3为I/O口；步骤二，采用双凸极电动机三相位置实现开关管控制，并给开关管标志Flag赋值；过程如下：A1)读取PA、PB和PC的端口状态；A2)判断是否PA＝1，PB＝0，如果是，则Flag＝0，PWM1＝0，PWM2＝0，PWM3＝0，延时Lμs后，PWM1＝1；否则转至步骤A3；其中Lμs根据双凸极电动机的最高转速确定；A3)判断是否PB＝1，PC＝0，如果是，则Flag＝1，PWM1＝0，PWM2＝0，PWM3＝0，延时Lμs后，PWM2＝1；否则转至步骤A4；A4)判断是否PC＝1，PA＝0，如果是，则Flag＝2，PWM1＝0，PWM2＝0，PWM3＝0，延时Lμs后，PWM3＝1；否则转至步骤A5；A5)赋值结束；步骤三，当CAP4检测到PA上升沿时，CAP中断响应，连续两次读取CAP4FIFO二级堆栈缓冲器的值，然后计算双凸极电动机当前转速n[k]，k表示采样当前时刻；步骤四，定时器T3中断响应，决定主功率变换器开关管的开关信号；具体过程为：B1)读取ADCIN0～ADCIN5接收的三相电压和三相电流；B2)计算双凸极电动机当前转矩Te；Te＝(ua[k]ia[k]+ub[k]ib[k]+uc[k]ic[k])/n[k]其中，ua[k]、ub[k]和uc[k]分别为k时刻的三相电压，ia[k]、ib[k]和ic[k]分别为k时刻的三相电流；B3)计算当前转速的转速误差x1和当前转速误差的导数x2；x1＝n[k]‑n[r]x2＝[n[k]‑n[r]]/T3PR其中，n[r]为调速系统给定的参考转速；T3PR是定时器T3的定时中断周期；B4)计算滑模函数S和控制律u；S＝x2+α1[βx1+(βx1)2/2]其中，α1和β为给定的滑模系数；当S＞0时，u＝[mx1‑αx2+α1β[1+βx1+(βx1)2/2]x2+K]/b当S＝0时，u＝[mx1‑αx2+α1β[1+βx1+(βx1)2/2]x2]/b当S＜0时，u＝[mx1‑αx2+α1β[1+βx1+(βx1)2/2]x2‑K]/b其中，α、m、K、b为控制律u表达式相关参数，且满足0＜m＜K；B5)根据u和Te决定主功率变换器开关管的开关信号。