[发明专利]一种交流同步电机直接转矩控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种交流同步电机直接转矩控制方法。

背景技术

交流电机的转速闭环控制系统本质上是要对电机的电磁转矩实现有效的跟踪控制。交流电机电机调速领域的两大里程碑控制算法为矢量控制和直接转矩控制。

上世纪70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。简单的说，矢量控制就是将磁链与转矩解耦，有利于分别设计两者的调节器，以实现对交流电机的高性能调速。矢量控制算法存在缺点如下：

(1)参数鲁棒性不强，参数的变化将影响系统的控制精度。

(2)由于内环采用电流环，电流环的存在影响了系统的动态性能。

直接转矩控制(Direct Torque Control——DTC)，国外的原文有的也称为Direct self-control——DSC，直译为直接自控制，这种“直接自控制”的思想以转矩为中心来进行综合控制，不仅控制转矩，也用于磁链量的控制和磁链自控制。直接转矩控制与矢量控制的区别是，它不是通过控制电流、磁链等量间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量控制，其实质是用空间矢量的分析方法，以定子磁场定向方式，对定子磁链和电磁转矩进行直接控制的。这种方法不需要复杂的坐标变换，而是直接在电机定子坐标上计算磁链的模和转矩的大小，并通过磁链和转矩的直接跟踪实现PWM脉宽调制和系统的高动态性能。

与矢量控制相比，直接转矩控制算法的优点如下：

(1)参数鲁棒性强，

(2)不存在电流环，系统动态性能强。

但是在直接转矩控制中，电机的定子磁链被控制为恒定值，这样就导致在负载变化时，系统的无功电流不为零，降低了系统的功率因数，降低了系统的转矩铜耗比和效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种交流同步电机直接转矩控制方法，解决了现有技术中电机无功功率不为0，从而降低了系统的功率因数，降低了系统的转矩铜耗比和效率的问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种交流同步电机直接转矩控制方法，包括如下步骤：

步骤1、根据交流同步电机的期望转速与实际转速的差值，经过比例积分环节得到电机的期望电磁转矩；

步骤2、根据电磁转矩辨识单元辨识得到交流同步电机的实际电磁转矩；

步骤3、将电机的期望电磁转矩与交流同步电机的实际电磁转矩作差，根据该差值极性和大小决定转矩信号；

步骤4、由定子磁链辨识单元辨识得到交流同步电机的实际定子磁链幅值和实际定子磁链矢量相位；

步骤5、磁链滞环，将电机的期望定子磁链幅值与交流同步电机的实际定子磁链幅值作差，根据该差值极性和大小决定磁链信号；

步骤6、根据转矩信号、实际定子磁链矢量相位以及磁链信号确定三相全桥逆变器的开关矢量，施加于电机；

所述期望定子磁链幅值，根据交流同步电机的无功电流抑制单元的输出获取，具体的过程如下：

首先，由交流同步电机的三相电枢绕组电流，经过3/2变换得到电机三相电枢绕组的实际转矩电流分量和实际无功电流分量；

然后，将实际无功电流分量的数值取反，所得数值依次经过比例积分环节、限幅环节得到定子磁链幅值偏差量；

最后，将电机的额定励磁磁链数值与定子磁链幅值偏差量相加得到电机的期望定子磁链幅值。

所述交流同步电机的a、b、c三相定子电压采用如下公式获取：

其中，U_dc为三相全桥逆变器供电的直流电源的母线电压幅值，D_a、D_b、D_c分别为三相全桥逆变器a、b、c相的占空比。

交流同步电机的三相定子电压经过3/2变换得到交流同步电机两相静止坐标定子电压为：

交流同步电机的三相定子电流经过3/2变换得到交流同步电机两相静止坐标定子电流：