[发明专利]一种可抑制转矩脉动的直接转矩控制方法

摘要

本发明公开了一种可抑制转矩脉动的直接转矩控制方法，主要包括：建立直观显示转矩、磁链增减程度的MC电压矢量开关表，并基于直观显示转矩、磁链增减程度的MC电压矢量开关表，提出了转矩量化控制的新型MC-DTC占空比计算策略。相比于传统MC-DTC策略，本发明的新型MC-DTC策略可有效抑制PMSM调速系统转矩脉动，且开关频率固定；相比于其他改进型MC-DTC策略，由于本发明使用了直观显示转矩、磁链增减程度的MC电压矢量开关表，本发明的新型MC-DTC策略具有算法简单、不依赖于电机参数和无需旋转坐标变换的优势。

主权项

一种可抑制转矩脉动的直接转矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：建立直观显示转矩、磁链增减程度的MC电压矢量开关表建立空间旋转坐标系x‑y，且将定子磁链Ψs定位在x轴上，永磁同步电机转矩及定子磁链幅值与定子电压之间的关系如下： d dt | Ψ s | = v x - - - ( 1 ) d dt T e ∝ v y - ω r | Ψ s | - - - ( 2 ) 式（1）和式（2）中，vx、vy表示定子电压的x‑y轴分量；ωr为转子电角速度；|Ψs|为定子磁链幅值；Te为电磁转矩；t为时间；对+1开关组合下的电压矢量V+1进行x‑y坐标分解，可得： V + 1 y = 2 / 3 v ab sin ( - θ s ) = - 2 / 3 V m cos ( α i + π / 6 ) sin θ s - - - ( 3 ) V + 1 x = 2 / 3 v ab cos ( - θ s ) = 2 / 3 V m cos ( α i + π / 6 ) cos θ s - - - ( 4 ) 式（3）和式（4）中，V+1x表示V+1在x轴投影，V+1y表示V+1在y轴投影；Vm表示MC输入相电压最大值；θs为x轴与电机A相绕组夹角；αi表示MC输入相电压矢量角；定义转矩评价函数τ、磁链评价函数λ、反电势评价函数e如下 τ = v y 2 / 3 V m - - - ( 5 ) λ = v x 2 / 3 V m - - - ( 6 ) e = ω r | Ψ s | 2 / 3 V m - - - ( 7 ) 将式（3）和式（4）分别代入式（5）和式（6）可得+1开关组合的转矩、磁链评价函数τ+1、λ+1：τ+1=‑cos(αi+π/6)sinθs           （8）λ+1=cos(αi+π/6)cosθs            （9）同理，得出MC所有电压矢量的转矩磁链评价函数；转矩评价函数τ、磁链评价函数λ为二元周期函数，在θs∈[0,2π]、αi∈[0,2π]的一个周期中，将θs、αi从0开始每隔π/6划分为一个区间，分别用定子磁链扇区 lθ∈[1,12]、定子电压扇区1α∈[1,12]表示，则整个平面被划分为12×12个区域；用每个区域内的平均值来代表该区域的转矩评价函数τ的值和磁链评价函数λ的值，由此定义转矩评价函数τ、磁链评价函数λ均值计算函数为： p τ = roung [ k ( π / 6 ) 2 ∫ π 6 ( l a - 1 ) π 6 l α ∫ π 6 ( l θ - 1 ) π 6 l θ τd θ s d α i ] - - - ( 10 ) p λ = roung [ k ( π / 6 ) 2 ∫ π 6 ( l a - 1 ) π 6 l α ∫ π 6 ( l θ - 1 ) π 6 l θ λd θ s d α i ] - - - ( 11 ) 式（10）和式（11）中，1α={1,2,3…12}；lθ={1,2,3…12}；round()表示就近取整函数；pτ为转矩评价值，pλ为磁链评价值；取系数k=10，则转矩评价值pτ、磁链评价值pλ为介于‑9到+9之间的整数；将式（5）、式（6）和式（7）代入式（1）和式（2）可得转矩评价函数τ、磁链评价函数λ、反电势评价函数e与电机转矩变化率及磁链变化率函数关系式为： d dt T e ∝ τ - e ( 12 ) d dt | Ψ s | ∝ λ - - - ( 13 ) 由式（10）、式（11）、式（12）和式（13）可得MC转矩评价值pτ、MC磁链评价值pλ与电机转矩变化率、磁链变化率的函数关系式为： d dt T e ≈ d dt T e ‾ ∝ p τ - p e - - - ( 14 ) d dt | Ψ s | ≈ d dt | Ψ s | ‾ ∝ p λ - - - ( 15 ) 式（14）和式（15）中，正比号左边部分表示电机转矩变化率和磁链变化率在一个区域内的平均值；其中，反电势评价函数平均值pe=round(10e)                                    （16）由式（14）和式（15）可见，经离散、平均化后的转矩、磁链评价值pτ、pλ近似与电机转矩及磁链变化率成正比；将式（8）代入式（10）可计算V+1矢量在全部区域内pτ值，汇总为表格形式得出V+1矢量对转矩增减作用的开关表；该V+1矢量对转矩增减作用的开关表的横表头为定子磁链扇区，纵表头为定子电压扇区；转矩评价函数τ、磁链评价函数λ为两个函数的乘积，其中含αi项与时间有关，这里称为时间表达式；含θs项与定子磁链和电压矢量空间位置有关，这里称为空间表达式；MC18个有效矢量的转矩评价函数τ、磁链评价函数λ函数具有如下情形：情形1：同一矢量的τ、λ具有相同的时间表达式，λ空间表达式滞后于τ空间表达式π/2；情形2：τ+1、τ+2、τ+3具有相同的空间表达式，时间表达式依次滞后2π/3；情形3：τ+1、τ+4、τ+7具有相同的时间表达式，空间表达式依次滞后2π/3；τ+2、τ+5、τ+8具有相同的时间表达式，空间表达式依次滞后2π/3；τ+3、τ+6、τ+9具有相同的时间表达式，空间表达式依次滞后2π/3；情形4：负矢量τ‑1、τ‑2~τ‑9和λ‑1、λ‑2～λ‑9值为对应正矢量τ+1、τ+2~τ+9和λ+1、λ+2～λ+9值的负数；根据情形2和情形3分别对上述V+1矢量对转矩增减作用的开关表的纵表头定子电压扇区和横表头定子磁链扇区进行平移可得MC全部正矢量对转矩增减作用开关表；再根据情形1对上述V+1矢量对转矩增减作用的开关表的横表头定子磁链扇区进行平移可得MC全部正矢量对磁链增减作用开关表；最后根据情形4计算MC全部负矢量对应pτ、pλ值；平移纵表头定子电压扇区和横表头定子磁链扇区后形成可直观显示转矩、磁链增减程度的MC电压矢量开关表；步骤二：在上述可直观显示转矩、磁链增减程度的MC电压矢量开关表中查询转矩评价值pτ，并进行电压矢量占空比优化计算根据传统MC‑DTC控制方法从MC电压矢量开关表中选择一个矩阵变换器电压矢量；计算定子磁链矢量所在扇区号；计算输入电压矢量所在扇区号；通过上述可直观显示转矩、磁链增减程度的MC电压矢量开关表获得MC矢量转矩评价值pτ；计算反电势评价值pe；离线整定转矩系数；将电磁转矩评价值pτ、反电势评价值pe和转矩系数代入占空比计算公式，进行占空比优化计算。