专利名称：：无刷直流电机直接转矩控制的定子磁链给定方法
技术领域：
：本发明涉及一种无刷直流电机，尤其涉及其直接转矩控制的定子磁链给定方法。
背景技术：
：无刷直流电机既具备交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电机的运行效率高、调速性能好等优点。近年来，无刷直流电机的成本逐步降低，越来越广泛地应用于高性能调速系统和伺服控制系统中。直接转矩控制采用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算与控制电机转矩，采用定子磁场定向，借助离散的两点式滞环调节器产生P丽信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。该控制策略省掉了复杂的矢量变换，将电动机的数学模型简化处理，控制结构简单、控制手段直接，信号处理的物理概念明确，控制系统的转矩响应迅速，是一种具有高动态性能的电机控制方法。无刷直流电机的定子磁链运动轨迹非常复杂，定子磁链的正确给定对无刷直流电机起动控制、转矩脉动的抑制和电机运行效率的改善起至关重要的作用，是直接转矩控制的基础。无刷直流具有方波气隙磁密，整距集中绕组和梯形反电势，理想电流波形为矩形。整距集中绕组通以矩形波电流，其电枢反应磁场为跳跃旋转的平顶波；转子永磁体则产生连续旋转的励磁磁场。跳跃旋转的电枢反应磁场与连续旋转的转子励磁磁场合成的气隙磁场非常复杂，这种复杂的气隙磁场导致了特殊的定子磁链运动轨迹。英国谢菲尔德大学的YongLiu等提出了无刷直流电机直接转矩控制的基本原理，但没有涉及定子磁链的给定。美国学者0zturkSalihBaris等通过省去磁链控制环节，略去磁链给定问题来实现一种近似的无刷直流电机直接转矩控制。天津大学的王晓远、南京航空航天大学的高瑾等仅指出给定磁链应该与转子位置有关，但并未涉及具体的给定方法。
发明内容本发明的目的是提供一种适用于无刷直流电机直接转矩控制的定子磁链给定方法，有效提高无刷直流电机直接转矩控制系统的运行性能。本发明采用的技术方案是将转子感应磁链给定￥/和定子电枢反应磁链给定v/两部分分别设定，再将这两部分通过矢量合成得到定子磁链给定v/，转子感应磁链给定v/由转子永磁体励磁产生，通过反电势e积分得到三相转子感应磁链Vf，三相转子感应磁链Vf通过CLARK变换在a-p坐标系合成矢量得到转子感应磁链给定Vf*;定子电枢反应磁链给定uC由定子电流产生，采用电流参考法设计，由L二LXi得到三相电枢反应磁链，L为电机相电感，i为电机相电流，通过CLARK变换将三相电枢反应磁链Va在a_13坐标系合成矢量得到定子电枢反应磁链v/给定。本发明的有益效果是1、给定定子磁链与控制系统理想的定子磁链运行轨迹一致，且无刷直流电机直接转矩控制系统运行可靠，控制性能良好。2、本发明可随着控制系统工况的变化(如负载变化、参考速度变化等)动态地自动调整磁链给定值，克服了直接转矩磁链给定太小时启动困难的缺点，抑制了电机转矩脉动，提高了系统运行效率，且对其它电机直接控制的定子磁链给定方法设计亦有一定的借鉴意义。以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述图1为定子磁链给定方法的结构框图；图2为无刷直流电机定子三相反电势图。具体实施例方式如图1，本发明在无刷直流电机运行时理想的定子磁链运动轨迹的基础上，将无刷直流电机直接转矩控制的定子磁链给定V/1分为转子感应磁链给定^/2和定子电枢反应磁链给定v/3两部分，再分别设定方法。其中，转子感应磁链给定Vf*2由转子永磁体励磁产生，通过反电势4积分得到三相转子感应磁链Vf5，三相转子感应磁链u/f5经CLARK变换得到转子感应磁链给定Vf*2;电枢反应磁链给定u/a*3由定子电流产生，采用参考电流法6设计定子三相电流给定U，并由公式^二LXi得到三相电枢反应磁链11^8，该公式中，L为电机相电感，i为电机相电流。三相电枢反应磁链Va8经CLARK变换得到电枢反应磁链给定Va*3。将转子感应磁链给定v/2和定子电枢反应磁链给定v/3通过矢量合成方法，得到适用于无刷直流电机直接转矩控制的定子磁链给定方法。上述定子磁链给定方法的具体实施分为以下4步骤步骤1:无刷直流电机定子磁链构成分析忽略漏磁通影响，定子磁链给定Vs*l由转子感应磁链给定v/2与电枢反应磁链给定UC3构成，即^X+V。*步骤2:转子感应磁链给定Vf*2设定与各相绕组匝链的转子感应磁链Vf*2由转子永磁体励磁产生，可通过对反电势e4积分后CLARK变换得到。由于电机具有a、b、c三相，故反电势e4由反电势、反电势eb和反电势e。构成。图2为无刷直流电机运行时，整个360。电角度三相绕组反电势、eb、ec的波形。从图2可看出，反电势e4处于梯形波平顶段，相应的转子磁链为一段直线；当反电势e4处在梯形斜坡时，转子磁链为二次曲线。将得到的三相转子感应磁链Vf5通过CLARK变换在坐标系合成矢量，得到转子感应磁链给定Vf*2。步骤3:电枢反应磁链给定Va*3设定电枢反应磁链给定Va*3由定子电流产生，本发明采用参考电流法6设计定子三相电流给定i^7，分为如下步骤1)无刷直流电机直接转矩控制中，转速调节器的输出即为电磁转矩给定值Tref，则电流给定数值IMf9由电磁转矩给定值TMf与电机转矩系数ke计算得到2)根据转子位置IO，得到如下表1所示的定子三相电流给定iref7，由于电机具有a、b、c三相，故定子三相电流给定iref7由i,f、itoef、iCTef构成。当转子处于不同角度时，定子三相电流给定iMf7的数值不同，规律如下反电势e4位于梯形斜坡段所对应相的相电流给定为0;其余两相电流给定的正负极性互异，且各相极性与相反电势e4极性一致，数值由Iref=Lef/ke确定。例如，在转子角度处于30°90°区间时，C相电流给定icref=0，A相电流给定iaref_=_Iref，B相电流给定itorf=Irrf。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>3)电流参考法6能随着电机工况如负载变化、参考速度变化等动态地自动调整定子三相电流给定U的数值，有利于电机起动、抑制转矩脉动及改善系统运行效率。由=LXi得到三相电枢反应磁链U^8，并通过CLARK变换将三相电枢反应磁链U^8在a-p坐标系合成矢量，即电枢反应磁链给定Va*3。步骤4:无刷直流电机直接转矩控制定子磁链给定Vs*l设定将转子感应磁链给定Vf*2与电枢反应磁链给定Va*3在a-|3坐标系进行矢量合成，得到适用于无刷直流电机直接转矩控制的定子磁链给定Vs*l设定函数转子感应磁链给定Vf*2和电枢反应磁链给定Va*3都是转子位置10的函数，故定子磁链给定Vs*l亦与转子位置10相关。权利要求一种无刷直流电机直接转矩控制的定子磁链给定方法，其特征在于将转子感应磁链给定ψf*(2)和定子电枢反应磁链给定ψa*(3)两部分分别设定，再将这两部分通过矢量合成得到定子磁链给定ψS*(1)，其中转子感应磁链给定ψf*(2)由转子永磁体励磁产生，通过反电势e(4)积分得到三相转子感应磁链ψf(5)，三相转子感应磁链ψf(5)通过CLARK变换在α-β坐标系合成矢量得到转子感应磁链给定ψf*(2)；定子电枢反应磁链给定ψa*(3)由定子电流产生，采用电流参考法(6)设计，由ψa＝L×i得到三相电枢反应磁链(8)，L为电机相电感，i为电机相电流，通过CLARK变换将三相电枢反应磁链ψa(8)在α-β坐标系合成矢量得到定子电枢反应磁链ψa*给定(3)。2.根据权利要求1所述的无刷直流电机直接转矩控制的定子磁链给定方法，其特征在于所述电流参考法(6)设计步骤为1)由电磁转矩给定值T^与电机转矩系数ke计算得到电流给定数值I^(9):If=Tf/k丄ref1refz丄、e2)根据转子位置(10)得到定子三相电流给定iref(7)，转子处于不同角度时，定子三相电流给定irrf(7)的数值不同；3)随着电机工况变化动态地自动调整定子三相电流给定iMf(7)。3.根据权利要求2所述的无刷直流电机直接转矩控制的定子磁链给定方法，其特征在于步骤2)中，反电势e(4)位于梯形斜坡段所对应相的相电流给定为O;其余两相电流给定的正负极性互异，且各相极性与本相反电势e(4)极性一致，数值由Irrf二Tref/X确定。4.根据权利要求1所述的无刷直流电机直接转矩控制的定子磁链给定方法，其特征在于转子感应磁链给定Vf*(2)与电枢反应磁链给定Va*(3)在坐标系进行矢量合成得到定子磁链给定V/(1)，设定函数为全文摘要本发明公开了一种无刷直流电机直接转矩控制的定子磁链给定方法，将转子感应磁链给定ψf*和定子电枢反应磁链给定ψa*两部分分别设定，再将这两部分通过矢量合成得到定子磁链给定ψS*，本发明定子磁链给定与控制系统理想的定子磁链运行轨迹一致，且无刷直流电机直接转矩控制系统运行可靠，控制性能良好；可随着控制系统工况的变化动态地自动调整磁链给定值，抑制了电机转矩脉动，提高了系统运行效率。文档编号H02P21/14GK101702607SQ20091023450公开日2010年5月5日申请日期2009年11月20日优先权日2009年11月20日发明者魏海峰,黄巧亮申请人:江苏科技大学