[发明专利]永磁同步电机转矩间接控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机转矩间接控制器，是一种离线状态下，根据反电势信息，得到电流参考波形表；在线状态下，根据参考电流波形表对三相电流进行分配，实现对永磁同步电机的转矩控制的可在伺服控制系统中应用的转矩间接控制器。

背景技术

永磁同步电机用永磁体取代绕线式同步电机转子中的励磁绕组。因其具有转子转动惯量小、响应速度快、效率高、功率密度高等优点，在高性能伺服领域得到了广泛应用。

目前，针对永磁同步电机的控制方法，矢量控制法、直接转矩控制法都是建立在反电势为标准正弦的基础上进行的，但是实际的电机由于定子边齿槽的存在，导致磁路不是处处相同，转子转动感应的反电动势会产生纹波，由于转子充磁不充分，永磁体不能产生正弦波波形磁密，再加上绕组不对称、永磁体不光滑等工艺问题，永磁同步电机通常会得到畸变的转子磁场。若电机反电势波形畸变严重，常规的控制方法将产生明显的转矩脉动。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁同步电机转矩间接控制器，其在电机反电势为标准正弦时，能够取得良好的控制效果，尤其在磁场畸变，反电势波形不规则时，依然取得平稳的电磁转矩，获得良好的控制效果。该控制器在离线状态下，通过测量反电势信息获得参考电流波形表；在线闭环状态下，根据参考电流波形表对三相电流进行分配实现对永磁同步电机的转矩控制。

本发明的一种永磁同步电机转矩间接控制器，在离线开环状态下，包括有旋转变压器（7）、旋变信号调理器（8）、模数转换器（10）、速度/角度解调器（11）、外部拖动装置（12）、电阻分压网络（13）、反电势信息调理器（14）、存储器（15）、除法器（16）和参考电流波形表发生器（17）；

离线开环状态下，外部拖动装置拖动永磁同步电机以一定角速度运转；对旋转变压器输出的信号调理、模数转换、解调得到转子角位置数字值和转子角速度数字值；通过电阻分压网络得到三相模拟端电压值、、和模拟中点电压值；反电势信息调理器和模数转换器对、、和调理（差分放大，滤波）、模数转换，输出三相反电势数字值、和；存储器以永磁同步电机转子0电角度为起点，2π电角度为终点，每隔记录一组三相反电势数字值，得到一个周期内三相反电势值数组，其为3*N 数组，其第一行向量为一个周期(0-2π)的U相反电势值，第二行向量为一个周期(0-2π)的V相反电势值，第三行向量为一个周期(0-2π)的W相反电势值，表示一个周期记录的每相反电势数字值的个数；利用Matlab工具将与转子角速度相除得到单位转速下三相反电势值数组；利用Matlab工具实现运算,得到参考电流波形表，表示三相反电势值数组的第i列向量，表示参考电流波形表的第i列向量，参考电流波形表也为3*N数组，其第一行向量为一个周期(0-2π)的U相参考电流表，记为，第二行向量为一个周期(0-2π)的V相参考电流表，记为，第三行向量为一个周期(0-2π)的W相参考电流表，记为；

本发明的一种永磁同步电机转矩间接控制器，在线闭环状态下，包括有速度控制器（1）、转矩/电流分配器（2）、电流控制器（3）、PWM发生器（4）、逆变器（5）、旋转变压器（7）、旋变信号调理器（8）、电流信号调理器（9）、模数转换器（10）和速度/角度解调器（11）；

在线闭环状态下，电流信号调理器和模数转换器对永磁同步电机的三相电流采样、调理、模数转换得到三相电流数字值、和；旋变信号调理器、模数转换器和速度/角度解调器对旋转变压器输出的信号调理、模数转换、解调得到转子角位置数字值和转子角速度数字值；角速度给定值由用户给定，速度控制器将角速度给定值与角速度相减后进行PID调节，得到转矩给定值；分别与U相、V相和W相参考电流、和相乘，输出U相给定电流、V相给定电流和W相给定电流，其中、和由处理器根据当前转子角位置查阅参考电流波形表得到；电流控制器将三相电流给定值、和分别与三相电流数字值、和相减后进行PI控制，得到U相PWM比较值、V相PWM比较值和W相PWM比较值；PWM发生器根据接收的三相PWM比较值，输出6路PWM信号，此6路PWM信号经逆变器后对永磁同步电机三相绕组进行控制。

本发明涉及的永磁同步电机转矩间接控制器优点在于：（1）考虑磁场畸变的影响，不仅在反电势规则时取得良好的控制特性，反电势波形不规则时，依然能够获得平稳的电磁转矩；（2）离线开环状态下，伪逆运算由Matlab完成，简化了系统运算复杂程度；（3）闭环控制过程中，无需复杂的坐标变换，简化了系统结构和控制算法；（4）采用三相电流直接控制方式，保持了直接转矩控制良好的动态特性，同时避免了低速波动。