专利名称：一种永磁同步电机的直接转矩控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于交流电机传动技术领域，尤其是一种永磁同步电机的直 接转矩控制装置。
背景技术：
直接转矩控制是一种高性能的交流调速控制策略，首先由德国的
depenbrock和日本的takahashi针对异步电机应用而分别提出，后由ABB公司 在20世纪90年代推出了相应的产品。1997年澳大利亚新南威尔士大学的 Rahman教授将直接转矩控制方法引入到永磁同步电机(PMSM)中。
永磁同步电机的常规直接转矩控制方法采用转矩滞回比较器和磁链滞回 比较器，根据定子磁链的位置，从开关表里选取合适的电压矢量对磁链和转 矩进行控制。由于可供选择的电压矢量只有8个，选择的电压矢量无法同时 满足系统对磁链和转速的双重要求，会导致电机系统出现较大的转矩和磁链 波动；另外，滞回比较器会导致系统的开关频率不恒定。近年来，空间矢量 调制(SVM)方法被引入到直接转矩控制中来，如专利ZL200710019081，但 是所采用的电压估算方法较为复杂。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服了现有直接转矩控制方法的上述缺陷，提供 了一种永磁同步电机的新型直接转矩控制方法。该方法利用空间矢量调制技 术获得更多的、连续变化的空间电压矢量，并用电压估算算法替代滞回比较 器，控制方法简单并且实现了对定子磁链和电机电磁转矩的精确控制，提高 了直接转矩系统的性能。
为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。本实用新型包括
永磁同步电机、信号检测电路、处理器和逆变器。其中
永磁同步电机与信号检测电路相连接，永磁同步电机的电流信号输出给 信号检测电路；
信号检测电路和逆变器相连接，逆变器输出永磁同步电机的直流母线电
3压信号给信号检测电路；
信号检测电路和处理器相连接，信号检测电路的输出电压、电流信号送 至处理器；
处理器和逆变器相连接，处理器输出的开关信号给逆变器； 逆变器和永磁同步电机相连接，逆变器输出三相交流电给永磁同步电机。 本实用新型的控制方法是根据定子磁链幅值误差和电磁转矩误差分别 估算定子旋转坐标系下的参考电压矢量，再将参考电压矢量变换到定子两相 静止坐标系下，最后以空间矢量调制方式产生逆变器的开关信号以控制永磁 同步电机。
实现该控制方法的处理器包括3/2变换模块、磁链和转矩估算模块、磁链 电压转换模块、转矩电压转换模块、坐标变换模块和SVM模块，均在处理器 中用软件实现，依次有以下步骤
1) 根据输入到处理器的电压、电流信号经3/2变换模块、磁链和转矩估 算模块估算当前定子磁链和电磁转矩，其中，3/2变换模块完成坐标变换功能， 磁链和转矩估算模块实现磁链和转矩估算；
2) 磁链和转矩估算模块输出磁链幅值k , I与给定磁链幅值—:|的误差经 过磁链电压转换模块得到参考电压矢量分量《；磁链和转矩估算模块输出的
转矩r与给定转矩广的误差经过转矩电压转换模块得到参考电压矢量分量
《；^坐标系为定子旋转坐标系，其中，x轴定位沿着定子磁链瞬时指向方 向，y轴定位于JC轴逆时针旋转90度的方向；
3) 对参考电压《、《进行限幅，得到《、《分别作为磁链电压转换模 块7和转矩电压转换模块的输出；
4) 坐标变换模块实现坐标系变换功能，将输入的《、W;变换到定子静止 C^坐标系，得到电压分量《和《；
5) SVM模块实现空间矢量调制功能，送至SVM模块的《、《通过空 间矢量调制算法产生逆变器的开关信号&、 &、 &控制逆变器。
本实用新型具有以下优点-
1)采用空间矢量调制方法并以比例控制器替代传统的滞回比较器，可有效降低磁链和转矩的脉动；
2) 采用的电压矢量估算方法简单，可简化控制系统结构使之易于实现；
3) 保证了逆变器开关频率恒定，可减少开关损耗并充分利用功率器件。
图1是系统结构框图 图2是坐标系示意图
图中1、永磁同步电机，2、信号检测电路，3、处理器，4、逆变器，5、 3/2变换模块，6、磁链和转矩估算模块，7、磁链电压转换模块，8、转矩电 压转换模块，9、坐标变换模块，10、 SVM模块。
具体实施方式
下面结合图1、图2对本实用新型作进一步说明
如图1所示，本实施例包括有永磁同步电机l、信号检测电路2、处理器 3和逆变器4。其中，模块5到模块10为控制算法，均在处理器3中通过软 件实现。具体实施步骤如下
1)通过信号检测电路2检测的永磁同步电机1的直流母线电压"&、定 子绕组线电流信号^、 4输入到处理器3，也即该信号进入3/2变换模块5， 经3/2变换模块5进行坐标变换得到《々坐标系下的电流分量^ 、 ^和电压分 量"c、 "-，并将上述信号送至磁链和转矩估算模块6，则具体算法如下<formula>formula see original document page 5</formula>
式中&、 &、 ^为当前时刻逆变器4的开关信号。
2)通过磁链和转矩估算模块6估算出a々坐标系下定子磁链分量^。与当前磁链幅值l^和转矩估计值r，算法如下:
3
式中《为永磁同步电机的定子电阻，iVp为永磁同步电机的极对数。
3) 磁链和转矩估算模块6输出磁链幅值|y , I与给定磁链幅值l^1的误差
经过磁链电压转换模块7得到参考电压矢量分量";，算法如下
式中^ > 0 。
4) 磁链和转矩估算模块6输出的转矩r与给定转矩扩的误差经过转矩电
压转换模块8得到参考电压矢量分量^，算法如下
< =A:lX(r*-r)
式中^>o。
5) 对参考电压《、《进行限幅，得到《作为磁链电压转换模块7的输出、 《作为转矩电压转换模块8的输出，具体算法如下
若v";2+";2 >,
贝u <= M. ,
2+";2
否则《=《
2 ,
6)坐标变换模块9根据磁链位置6将输入的《、《变换成a卩坐标系下
6的电压分量《和";，算法如下
，
赫=，
cos^ —sin^ sin^ cos^
7)送至SVM模块10的《、《通过空间矢量调制算法产生开关信号&、 &、 &控制逆变器4，进而驱动电机。
图2是坐标系示意图，包括;^坐标系和c^坐标系。^坐标系为定子旋 转坐标系，其中，c轴定位沿着定子磁链瞬时指向方向，y轴定位于;c轴逆时 针旋转90度的方向；a"坐标系为定子静止坐标系，其中，a轴定位在定子A 相绕组轴线方向，々轴定位于a轴逆时针旋转卯度的方向；；c轴与ct轴之间 的夹角为^。
权利要求1、一种永磁同步电机的直接转矩控制装置，其特征在于包括永磁同步电机(1)、信号检测电路(2)、处理器(3)和逆变器(4)；其中永磁同步电机(1)与信号检测电路(2)相连接，永磁同步电机(1)的电流信号输出给信号检测电路(2)；信号检测电路(2)和逆变器(4)相连接，逆变器(4)输出永磁同步电机(1)的直流母线电压信号给信号检测电路(2)；信号检测电路(2)和处理器(3)相连接，将永磁同步电机(1)的电压、电流信号送至处理器(3)，处理器(3)经过计算得到开关信号给逆变器(4)；逆变器(4)和永磁同步电机(1)相连接，逆变器(4)输出三相交流电给永磁同步电机(1)。
专利摘要本实用新型是一种永磁同步电机的直接转矩控制装置，属于交流电机传动技术领域。本装置包括永磁同步电机、信号检测电路、处理器和逆变器。永磁同步电机的电流信号、直流母线电压信号分别输出给信号检测电路，信号检测电路将其送至处理器进行处理得到开关信号给逆变器，进而控制电机。本实用新型根据定子磁链幅值误差和电磁转矩误差分别估算定子旋转坐标系下的参考电压矢量，再将参考电压矢量变换到定子两相静止坐标系下，最后以空间矢量调制方式产生逆变器的开关信号以控制永磁同步电机。本实用新型采用空间矢量调制方法并以比例控制器替代传统的滞回比较器，可有效降低磁链和转矩的脉动，采用的电压矢量估算方法简单，简化了控制系统结构。
文档编号H02P27/06GK201435710SQ20092010914
公开日2010年3月31日 申请日期2009年6月12日 优先权日2009年6月12日
发明者于冬宁, 枫 余, 帅 刘, 许家群 申请人:北京工业大学