[发明专利]一种双电机串联预测型直接转矩控制方法

摘要

本发明涉及一种双电机串联预测型直接转矩控制方法，一是降低两台电机电磁转矩脉动，进一步增强驱动系统运行的平稳性；二是实现零序电流的主动控制，降低绕组电流的畸变，从而提高两台电机稳态运行性能。为了减少系统控制运算时间，提高数字控制的快速性，采用零序平面电压为0的部分电压矢量的预测型电磁转矩和定子磁链控制法；通过0和21或0和42电压矢量的作用时间的实时调节，实现零序电流为0的控制。

主权项

一种双电机串联预测型直接转矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：利用T6正交变换矩阵将六相电机的六相输入电流iA～iF变换为αβ坐标系中iαiβ、xy坐标系中ixiy及o1o2坐标系中io1io2；步骤S2：利用六相平面旋转变换矩阵把iαiβ变换到d1q1坐标系中的id1iq1；利用三相平面旋转变换矩阵把‑ixiy变换到d2q2坐标系中的id2iq2；步骤S3：由id1iq1、六相电机转子磁链ψf1、六相平面直、交轴电感Ld1Lq1，计算得到d1q1坐标系下的六相平面定子磁链ψsd1ψsq1；ψsd1ψsq1=Ld100Lq1id1iq1+3ψf10]]>其中Ld1＝Lsσ1+3Lsm1+3Lrs1，Lq1＝Lsσ1+3Lsm1‑3Lrs1，Lsσ1为六相电机相绕组漏电感，Lsm1＝(Ldm1+Lqm1)/2，Lrs1＝(Ldm1‑Lqm1)/2，Ldm1、Lqm1分别为六相电机相绕组主磁路的直、交轴电感；由id2iq2、三相电机转子磁链ψf2、三相平面直、交轴电感Ld2Lq2，计算得到d2q2坐标系下的三相平面定子磁链ψsd2ψsq2：ψsd2ψsq2=Ld200Lq2id2iq2+3ψf20]]>其中Ld2＝Lsσ1+2Lsσ2+3Lsm2+3Lrs2，Lq2＝Lsσ1+2Lsσ2+3Lsm2‑3Lrs2，Lsσ2为三相电机相绕组漏电感，Lsm2＝(Ldm2+Lqm2)/2，Lrs2＝(Ldm2‑Lqm2)/2，Ldm2、Lqm2分别为三相电机相绕组主磁路的直、交轴电感；步骤S4：由所选择的19个基本电压矢量uj(j＝0、3、6、9、12、15、18、24、27、30、33、36、39、45、48、51、54、57、60)所对应的开关状态SaSbScSdSeSf以及直流母线电压幅值UDC，求得uj对应的αβ坐标系中电压uαjuβj、xy坐标系中电压uxjuyj：uαjuβjuxjuyjuo1juo2j=UDC3Sa+0.5Sb-0.5Sc-Sd-0.5Se+0.5Sf32Sb+32Sc-32Se-32SfSa-0.5Sb-0.5Sc+Sd-0.5Se-0.5Sf32Sb-32Sc+32Se-32Sf012(Sa-Sb+Sc-Sd+Se-Sf)]]>其中SaSbScSdSeSf为a～f相桥臂功率管开关状态，为1代表逆变器相应桥臂上管导通，为0代表逆变器相应桥臂下管导通；步骤S5：利用把uαjuβj变换为d1q1坐标系中的ud1juq1j；利用把uxjuyj变换为d2q2坐标系中的ud2juq2j；步骤S6：由id1iq1、ψsd1ψsq1、六相电机相绕组电阻Rs1、六相电机转子旋转电角速度ωr1以及ud1juq1j，计算得到uj对应的d1q1坐标系下的六相平面定子磁链变化率ddtψsd1jψsq1j=ud1juq1j-Rs1id1iq1-0-ωr1ωr10ψsd1ψsq1]]>由id2iq2、ψsd2ψsq2、Rs1、三相电机相绕组电阻Rs2、三相电机转子旋转电角速度ωr2以及ud2juq2j，计算得到uj对应的d2q2坐标系下的三相平面定子磁链变化率ddtψsd2jψsq2j=ud2juq2j-(Rs1+2Rs2)id2iq2-0-ωr2ωr20ψsd2ψsq2;]]>步骤S7：由ψsd1ψsq1、以及系统控制周期T，预测uj对应的下一控制周期d1q1坐标系下的六相平面定子磁链ψsd1(k+1)jψsq1(k+1)j：ψsd1(k+1)jψsq1(k+1)j=ψsd1ψsq1+Tddtψsd1jψsq1j]]>由ψsd2ψsq2、以及控制周期T，预测uj对应的下一控制周期d2q2坐标系下的三相平面定子磁链ψsd2(k+1)jψsq2k+1)j：ψsd2(k+1)jψsq2(k+1)j=ψsd2ψsq2+Tsddtψsd2jψsq2j]]>步骤S8：由ψsd1(k+1)jψsq1(k+1)j，预测uj对应的下一控制周期六相平面定子磁链幅值ψs1(k+1)j：ψs1(k+1)j=ψsd1(k+1)j2+ψsq1(k+1)j2]]>由ψsd2(k+1)jψsq2k+1)j，预测uj对应的下一控制周期三相平面定子磁链幅值ψs2(k+1)j：ψs2(k+1)j=ψsd2(k+1)j2+ψsq2(k+1)j2]]>步骤S9：由ψsd1(k+1)jψsq1(k+1)j、ψf1、Ld1Lq1，预测uj对应的下一控制周期六相电机电磁转矩Te1(k+1)j：Te1(k+1)j=p1(3ψf1ψsq1(k+1)jLd1+(Ld1-Lq1)ψsd1(k+1)jψsq1(k+1)jLd1Lq1)]]>其中p1为六相电机磁极对数；由ψsd2(k+1)jψsq2k+1)j、ψf2、Ld2Lq2，预测uj对应的下一控制周期三相电机电磁转矩Te2(k+1)j：Te2(k+1)j=p2(3ψf2ψsq2(k+1)jLd2+(Ld2-Lq2)ψsd2(k+1)jψsq2(k+1)jLd2Lq2)]]>其中p2为三相电机磁极对数；步骤S10：由Te1(k+1)j、Te2(k+1)j、ψs1(k+1)j、ψs2(k+1)以及六相电机电磁转矩给定T*e1、三相电机电磁转矩给定T*e2、六相平面定子磁链幅值给定ψ*s1、三相平面定子磁链幅值给定ψ*s2，计算得到评估函数的值Costj最小时，所对应的基本电压矢量uN：Costj=k1(Te1*-Te1(k+1)j)2+k2(Te2*-Te2(k+1)j)2+k3(ψs1*-ψs1(k+1)j)2+k4(ψs2*-ψs2(k+1)j)2]]>其中k1k2k3k4分别为六相电机电磁转矩、三相电机电磁转矩、六相平面定子磁链幅值、三相平面定子磁链幅值的权重系数；步骤S11：若选择的uN不为0，逆变器输出单矢量uN，跳过以下零序电流控制步骤；步骤S12：选择的uN为0时，若上一周期逆变器输出21和0合成矢量，且本周期零序电流大于零，选择21和0合成矢量；若上一周期逆变器输出42和0合成矢量，且本周期零序电流小于零，选择42和0合成矢量；上一周期无零序电流控制，若本周期零序电流大于0且零序电流大于上周期零序电流，选择21和0合成矢量；若本周期零序电流小于0且零序电流小于上周期零序电流，选择42和0合成矢量；其余情况逆变器输出0矢量，跳过以下步骤；步骤S13：若步骤S12选择了21和0合成矢量，计算21矢量作用时间计算值Ts1Ts1=-LsσΔio2*1.2247UDC]]>其中Δi*o2＝‑2io2，为给定零序电流变化量；若步骤S12选择了42和0合成矢量，计算42矢量作用时间计算值Ts1Ts1=LsσΔio2*1.2247UDC;]]>步骤S14：若步骤S12选择了21和0合成矢量，由Ts1得到21矢量实际作用时间Ts：Ts＝Ts1‑ΔTs其中，ΔTs为逆变器非线性因素补偿量，其值是根据每次对零序电流进行控制时，零序电流变化量给定值和零序电流变化量实际值的差，经过一个PI环节得到；若步骤S12选择了42和0合成矢量，由Ts1得到42矢量实际作用时间Ts；Ts＝Ts1+ΔTs；步骤S15：由Ts得到考虑死区补偿的21或42矢量作用时间Tsz；Tsz＝Ts+Tz其中Tz为逆变器死区时间；步骤S16：对Tsz的最大值和最小值进行限幅，可以得到Tso，根据步骤S12选择的21和0或42和0合成矢量，逆变器输出相应的合成矢量，其中21或42矢量作用时间为Tso：Tso=TminTsz<TminTso=TszTmin<Tsz<TmaxTso=TmaxTsz>Tmax]]>其中Tmin、Tmax分别为逆变器输出21或42矢量作用时间最小值和最大值，可以根据实际控制需求设置，Tmin最小值为逆变器死区时间；Tmax最大值为系统控制周期。