[发明专利]一种提高电机转矩性能的直接转矩控制系统及方法

摘要

本发明公开了一种提高电机转矩性能的直接转矩控制系统及方法，包括转矩调节器、磁链调节器、转速调节器、扇区判断模块、电压矢量选择表生成模块、驱动信号生成系统、占空比计算模块、用于获取电机定子的磁链信息的磁链观测器、用于获取电机的电磁转矩信息的转矩观测器、以及用于获取电机输出轴转速的转速观测器。本发明能够准确有效的对电机进行控制。

主权项

1.一种提高电机转矩性能的直接转矩控制方法，其特征在于，基于提高电机转矩性能的直接转矩控制系统，所述提高电机转矩性能的直接转矩控制系统包括转矩调节器(5)、磁链调节器(6)、转速调节器(2)、扇区判断模块(7)、电压矢量选择表生成模块(8)、驱动信号生成系统(9)、占空比计算模块(10)、用于获取电机(1)定子磁链信息的磁链观测器(4)、用于获取电机(1)电磁转矩信息的转矩观测器(3)、以及用于获取电机(1)输出轴转速的转速观测器；转速观测器的输出端与转速调节器(2)的输入端相连接，转矩观测器(3)的输出端及转速调节器(2)的输出端与转矩调节器(5)的输入端相连接，磁链观测器(4)的输出端与扇区判断模块(7)的输入端、磁链调节器(6)的输入端及占空比计算模块(10)的输入端相连接，转矩调节器(5)的输出端、扇区判断模块(7)的输出端及磁链调节器(6)的输出端均与电压矢量选择表生成模块(8)的输入端相连接，占空比计算模块(10)的输出端及电压矢量选择表生成模块(8)的输出端均与驱动信号生成系统(9)的输入端相连接，驱动信号生成系统(9)的输出端与电机(1)的控制端相连接；包括以下步骤：转速观测器获取电机(1)输出轴的转速信息，并将所述转速信息转发至转速调节器(2)中，转速调节器(2)根据所述转速信息及预设转速值得给定转矩值，并将所述给定转矩值转发至转矩调节器(5)中，转矩观测器(3)获取电机(1)的电磁转矩信息，并将所述电磁转矩信息转发至转矩调节器(5)中，转矩调节器(5)根据所述电磁转矩信息及给定转矩值生成转矩控制信号，并将所述转矩控制信号转发至电压矢量选择表生成模块(8)中；磁链观测器(4)获取电机(1)的定子磁链信息，并将所述定子磁链信息转发至扇区判断模块(7)、占空比计算模块(10)及磁链调节器(6)中，扇区判断模块(7)根据所述定子磁链信息判断磁链所在扇区，并将得到的磁链所在扇区转发至电压矢量选择表生成模块(8)中，占空比计算模块(10)将所述定子磁链信息与预设的给定磁链幅值进行作差运算，并根据作差运算的结果及计算得到的最佳转矩误差值得转矩脉动最小时的占空比值，然后将转矩脉动最小时的占空比值转发至驱动信号生成系统(9)中，磁链调节器(6)将所述定子磁链信息与预设磁链幅值得磁链控制信号，并将磁链控制信号转发至电压矢量选择表生成模块(8)中，电压矢量选择表生成模块(8)根据所述磁链控制信号、转矩控制信号及磁链所在扇区生成门信号，并将所述门信号转发至驱动信号生成系统(9)中，驱动信号生成系统(9)根据所述门信号及转矩脉动最小时的占空比值得驱动信号，并将所述驱动信号转发至电机(1)的控制端，从而实现对电机(1)转矩性能的直接转矩控制；磁链观测器(4)采用定子磁链的u‑i模型检测定子电压及定子电流，然后根据定子电压及定子电流得定子磁链信息；转速调节器(2)根据所述转速信息及预设转速值进行PID运算，得给定转矩值；磁链调节器(6)将所述定子磁链信息与预设磁链幅值进行作差运算，并根据作差运算的结果生成磁链控制信号；磁链控制信号的值为0或1，转矩控制信号的值为0或1；扇区判断模块(7)根据定子磁链信息将定子磁链投影到α‑β坐标系下，并根据定子磁链在α‑β坐标系下投影值的正负确定磁链所在扇区；设u_s为定子电压空间矢量；i_s为定子电流空间矢量；i_r为转子电流空间矢量；为定子磁链空间矢量；为转子磁链空间矢量；R_S为定子电阻；R_r为转子电阻；L_σ为漏电感；ω为电角速度；n_p为电机极对数；θ为磁通角(rad)；E_S为定子反电势矢量；根据转矩公式及异步电动机空间矢量等效图，得当转矩增加时，由上式得：n_p|Ψ_s||u_s|sinθ₂>n_pw|Ψ_s|²+R_mT_e当Ψ_s和u_s的夹角大于θ₂时,才能使转矩增加，角度θ₂表示为：定子电压矢量和反电势矢量的夹角θ₁为θ₁＝arcsin(|R_Si_s|/|u_s|)以Ψ_s+1＝Ψ_s时，电压矢量与磁链的夹角作为电压矢量对转矩和磁链影响范围的临界划分点；当|Ψ_s+1|＝|Ψ_s|时，设此时Δψ_s与磁链Ψ_s的夹角为θ₃，即E_S与Ψ_s的夹角为θ₃，电压矢量u_s与磁链Ψ_s的夹角为(θ₃‑θ₁)，根据余弦定理，得得出改进的电压矢量对定子磁链和转矩的影响范围。