[发明专利]一种基于负载转矩反馈的永磁同步电机单转速环调速装置

权利要求书

1.一种基于负载转矩反馈的永磁同步电机单转速环调速装置，其特征在于，包括：光电编码器、永磁同步电机、转速计算模块，滤波模块、速度PI调节器、电流传感器、电流坐标变换模块、负载转矩估计模块、负载转矩反馈模块、空间矢量脉宽调制模块、三相逆变器模块，其中：

查表得到永磁同步电机d轴控制电压的参考值U_dref作为空间矢量脉宽调制模块的输入，空间矢量脉宽调制模块产生三相逆变器的脉宽调制波形，通过三相逆变器模块向永磁同步电机供电；通过光电编码器获取永磁同步电机运转时的转子角度信息，利用转速计算模块计算转子的机械角速度，并通过滤波模块进行降噪后得到转速测量信号w_m，与设定的参考转速w_ref作差后作为速度PI调节器的输入；速度PI调节器的输出为控制电压的参考值

通过电流传感器从三相逆变器上获取三相电流，结合滤波模块输出的降噪后的转速测量信号w_m，经过电流坐标变换模块将其转换为dq坐标系下的d轴、q轴电流；利用该电流和转速测量信号w_m通过负载转矩估计模块估计出负载转矩，负载转矩通过负载转矩反馈模块补偿到所述的控制电压的参考值中得到U_qref，将补偿后的结果作为空间矢量脉宽调制模块q轴电压输入；

滤波模块输入为转速计算模块输出的转子转速w_z，采用3阶sinc3数字滤波器，输出转子机械角速度信号w_m；其中在第一个一阶模块中的处理过程为：

将机械角速度信号w_z进行离散化后，作为z带入到1/(1-z^-1)中进行积分，得到的结果再作为z代入到(1+z^-4)中进行微分，得到的结果乘以增益1/4，得到输出。

2.根据权利要求1所述的基于负载转矩反馈的永磁同步电机单转速环调速装置，其特征在于，所述速度PI调节器的输入为转速测量信号w_m和参考转速w_ref的差值，输出为q轴控制电压的参考值采用离散式PI调节器K_P为比例系数，u(k)为速度PI调节器输入，K_i表示积分时间常数，K_T表示调节周期，k表示时间序列。

3.根据权利要求1所述的基于负载转矩反馈的永磁同步电机单转速环调速装置，其特征在于，电流坐标变换模块的输入为三相逆变器给电机供电的三相电流I_a,I_b,I_c和滤波模块输出的机械角速度经计算得到的电角度θ_e，输出为I_d,I_q，具体过程如下：

将三相坐标系的电流I_a,I_b,I_c进行Clark变换到两相静止坐标系；

计算电角度θ_e，其中n_p为电机的极对数；

w_e＝n_pw_m

θ_e＝∫w_edt

两相静止坐标系通过Park变换到旋转dq坐标系下的d轴、q轴电流I_d,I_q。

4.根据权利要求1所述的基于负载转矩反馈的永磁同步电机单转速环调速装置，其特征在于，空间矢量脉宽调制模块的输入为d轴控制电压的参考值U_dref、控制电压的参考值补偿后的电压U_qref，输出为逆变器开关触发顺序和脉宽大小的组合；具体包括：

判断由U_dref、U_qref产生的空间矢量U_out所在的扇区，确定本开关周期所使用的基本电压空间矢量；

计算零矢量和非零矢量计算的时间；

计算扇区矢量切换点；

使用三角载波信号与各个扇区矢量切换点进行比较，产生变换器所需的PWM脉冲信号。