[发明专利]永磁同步电机无差拍直接转矩控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机无差拍直接转矩控制系统及控制方法，解决了永磁同步电机采用传统矢量控制或直接转矩控制分别带来的转矩响应较慢和转矩纹波较大的问题。本发明方法根据永磁同步电机电压、电流、磁链、电磁转矩的关系，在离散状态下利用数值积分原理构造了一种状态观测器，同时引入PI调节器消除观测误差，实现了对下一控制周期系统状态的准确预测，基于该观测器建立永磁同步电机无差拍直接转矩控制系统，在保持转矩响应快的同时减小了转矩纹波，提高了永磁同步电机运行性能。

技术领域

本发明属于电机技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机无差拍直接转矩控制系统及控制方法。

背景技术

本发明主要应用对象为电动汽车用永磁同步电机。电动汽车用永磁同步电机包括集中驱动式和轮毂驱动式两种。集中驱动式永磁同步电机体积小、重量轻、转矩密度大，轮毂驱动式场调制型永磁轮毂电机(本质也是永磁同步电机)基于磁场调制原理，具有输出低转速、大转矩的特性，它们在电动汽车驱动系统中都有很大的应用前景。目前，电动汽车用永磁同步电机常采用的控制策略为矢量控制，矢量控制算法简单、易于操作，但其转矩响应相对较慢。为了提高转矩响应，可采用直接转矩控制。直接转矩控制具有较快的转矩响应，但其采用滞环控制的方法带来了逆变器开关频率不固定、转矩纹波较大等问题。无差拍直接转矩控制是一种改进的控制策略，利用永磁同步电机的数学模型，在离散状态下根据转矩和磁链的给定值直接计算出参考电压矢量，在母线电压满足要求的情况下可以实现在一个控制周期内消除转矩和磁链误差。但是由于采样和计算时间的存在，当前控制周期产生的控制信号必需等到下一控制周期才能给到逆变器，这严重影响了系统的稳定性。

为了解决无差拍直接转矩控制一周期延迟的问题，使无差拍直接转矩控制能在永磁同步电机中有效应用，可以利用状态观测器在当前控制周期预测出下一控制周期系统的状态，并通过无差拍控制算法计算出下一控制周期应产生的控制信号，在下一控制周期开始时给到逆变器，消除延迟。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术中永磁同步电机采用矢量控制或直接转矩控制分别带来的转矩响应较慢和转矩纹波较大的问题，本发明提出了一种永磁同步电机无差拍直接转矩控制系统及控制方法，基于离散状态观测器对定子电流进行预测，实现永磁同步电机无差拍直接转矩控制。

技术方案：为了实现上述目的，本发明中永磁同步电机无差拍直接转矩控制系统，包括：编码器、状态观测器、无差拍控制器、SVPWM调制模块、逆变器；对于某一控制周期k，

所述编码器用于获取电机旋转电角速度ω_r和电机转速n；利用所述电机转速n与转速给定值n_ref的偏差通过PI调节器计算电磁转矩给定值Te_ref；

所述状态观测器用于根据当前控制周期永磁同步电机的定子电流和定子电压以及电机旋转电角速度ω_r计算下一控制周期定子磁链的预测值和电磁转矩的预测值Te^*；

所述无差拍控制器以电磁转矩给定值Te_ref与电磁转矩预测值Te^*所求得的转矩偏差ΔTe以及定子磁链的预测值作为输入参数计算参考电压v_d和v_q；

所述SVPWM调制模块根据所述参考电压v_d和v_q经Park逆变换所得到的两相电压生成逆变器的控制信号；

所述逆变器用于根据所述控制信号控制永磁同步电机的电压。

其中，所述状态观测器包括电流预测模块、磁链预测模块和转矩预测模块。