[发明专利]基于分数阶的电动汽车用永磁同步电机直接转矩控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于分数阶的电动汽车用永磁同步电机直接转矩控制系统，其特征在于：包括转矩磁链观测器、扇区判断单元、开关状态信号选择单元、转速检测单元、分数阶调节器、磁链滞环控制器、转矩滞环控制器、零矢量选择单元、逆变器，以及第一、第二和第三运算单元；其中，所述转矩磁链观测器通过坐标转换单元连接在永磁同步电机的输出端，所述转速检测单元连接在永磁同步电机的输出端，所述转速检测单元的输出端通过第一运算单元连接在分数阶调节器的输入端；所述转矩磁链观测器的输出端连接在所述扇区判断单元的输入端，所述扇区判断单元的输出端连接所述开关状态信号选择单元；所述转矩磁链观测器的输出端同时连接在第二运算单元和第三运算单元的输入端，其中，所述第二运算单元的输出端连接在磁链滞环控制器的输入端，所述第三运算单元的输出端分别连接在转矩滞环控制器的输入端和零矢量选择单元的输入端；所述磁链滞环控制器的输出端、转矩滞环控制器的输出端以及零矢量选择单元的输出端分别连接在开关状态信号选择的输入端；所述开关状态信号选择单元的输出端通过逆变器与所述永磁同步电机的输入端相连。

2.如权利要求1所述的一种基于分数阶的电动汽车用永磁同步电机直接转矩控制系统，其特征在于：所述分数阶调节器的传递函数为：G_fc(s)＝K_P+K_is^-λ+K_ds^μ，其中，0＜λ≤1，0＜μ≤1，K_P为比例增益，K_i为积分系数，K_D为微分系数，λ为积分阶次，μ为微分阶次。

3.一种基于分数阶的电动汽车用永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征在于：首先将永磁同步电机的电流和电压信号转为电机的转矩和磁链信号，接着，通过磁链信号确定其所在扇区；同时，永磁同步电机的转速经与设定转速比较后通过分数阶调节器转为转矩；接着，所述分数阶调节器输出的转矩与电机的实际转矩经比较后得到转矩环，所述电机的磁链与设定的磁链比较后得到磁链环，最后通过磁链环、转矩环、磁链所在扇区，以及零矢量选择单元对永磁同步电机进行控制。

4.如权利要求3所述的一种基于分数阶的电动汽车用永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征在于：所述永磁同步电机的电流和电压信号转为电机的转矩和磁链信号前，首先将电流和电压信号由三相静止坐标系转到二相静止坐标系。

5.如权利要求4所述的一种基于分数阶的电动汽车用永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征在于：所述通过磁链信号确定其所在扇区时，是通过磁链信号在二相静止坐标系下的两个分量进行确定的。

6.如权利要求3所述的一种基于分数阶的电动汽车用永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征在于：对永磁同步电机进行控制的具体方法为：首先通过磁链环、转矩环、磁链所在扇区，以及零矢量选择单元在开关状态选择单元内生成6路PWM波，然后通过该PWM波控制逆变器开关的导通，从而实现对永磁同步电机的控制。

7.一种基于分数阶的电动汽车用永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)永磁同步电机定子的电流和电压信号经坐标转换单元由三相静止坐标系转到二相静止坐标系，然后，该二相静止坐标系内的电流和电压信号经计算转化为电机的转矩和磁链，该磁链和转矩被转矩磁链观测器观测到，接着，电机的磁链在二相静止坐标系下的两个分量经扇区判断单元确定其所在扇区；

(2)转矩磁链观测器得到的电机磁链经与设定的磁链进行比较后，得到二者的磁链差值，该磁链差值经磁链滞环控制器调节至允许的误差范围内；

(3)永磁同步电机转子的转速信号经转速检测单元检测到后，与设定的转速进行比较，得到二者的转矩差值，该转矩差值经分数阶调节器得到计算转矩，然后，该计算转矩与步骤(1)转矩磁链观测器中得到的电机转矩进行比较，得到转矩差值，接着，该转矩差值通过转矩滞环控制器将其调节至允许的误差范围，同时，该转矩差值输出到与其连接的零矢量选择单元；

(4)步骤(1)确定的电机磁链的两个分量所在的扇区、步骤(2)得到的磁链误差信号、步骤(3)得到的转矩误差信号，以及零矢量选择单元同时通过开关选择信号选择单元生成6路PWM波，然后通过该PWM波控制逆变器开关的导通，从而实现对永磁同步电机电流、电压和转速的控制。