一种永磁同步发电机直接转矩控制方法
【专利摘要】一种永磁同步发电机直接转矩控制方法，所述方法的步骤包括：建立永磁同步发电机在坐标系下的非线性数学模型；设计转速控制环的PI型控制器，将转速指令值与实测转速值通过PI型控制器运算，得出内环电磁转矩的指令值；建立永磁同步发电机定子磁链和电磁转矩幅值为状态变量的状态方程；求出永磁同步发电机原系统的永磁同步发电机逆系统表达式；构建一个新的伪线性系统；求出伪线性系统等效的线性化子系统；采用变指数趋近律的方法设计等效的线性化子系统的滑模变结构控制律；将此控制律代入逆系统的表达式中，反解出原系统的控制量。本发明实现了永磁同步发电机直接转矩控制中电磁转矩和定子磁链幅值的线性化解耦控制，整个控制系统的鲁棒性强。
【专利说明】一种永磁同步发电机直接转矩控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种永磁同步发电机直接转矩控制方法，属永磁同步电机【技术领域】。【背景技术】
[0002]直接转矩控制方法是继矢量控制方法后出现的一种新的交流电机控制方法，它将电磁转矩和定子磁链作为控制对象，省略了矢量控制方法中复杂的旋转坐标变换，使得其较矢量控制更为简便。
[0003]传统的永磁同步发电机(permanentmagnet synchronous generator,PMSG)直接转矩控制，将逆变器和永磁同步电机看作一个整体，采用双滞环控制方式比较电磁转矩和定子磁链幅值同参考值之间的误差，并根据比较结果利用最优电压矢量实现电磁转矩和定子磁链幅值的同时控制。但由于永磁同步发电机的数学模型是一个多变量、非线性、强耦合的系统，电磁转矩和定子磁链幅值之间相互耦合，传统的直接转矩控制方法会导致电磁转矩、定子磁链幅值脉动较大，电机稳定运行性能差。
[0004]逆系统方法是近二十年发展起来的一种非线性系统反馈线性化方法，其基本思想是，对于给定的控制系统，依据对象的模型求解出可用反馈方法实现的原系统的逆系统，并将原系统补偿成具有线性关系且解耦的规范化系统，即伪线性系统，使之成为了可用线性系统的各种控制理论来完成伪线性系统的设计。逆系统方法物理概念清晰、数学推导简单、易于理解，在一些非线性系统控制中得到了广泛应用。
[0005]变结构控制具有响应速度快、对系统外部参数变化不敏感、鲁棒性强等优点，将其应用到永磁同步发电机的直接转矩控制可增强转矩和磁链响应的快速性和鲁棒性。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是，根据永磁同步发电机采用传统的直接转矩控制方法存在的问题，本发明公开一种新的永磁同步发电机直接转矩控制方法，该方法可以实现永磁同步发电机直接转矩控制中电磁转矩和定子磁链幅值的线性化解耦控制。
[0007]实现本发明的技术方案是，本发明一种新的永磁同步发电机直接转矩控制方法步骤如下:
[0008](I)建立永磁同步发电机在α β坐标系下的非线性数学模型；
[0009](2)对转速控制环进行设计:设计转速控制环的PI型控制器，将转速指令值与实测转速值通过PI型控制器运算，得出内环电磁转矩的指令值；
[0010](3)建立永磁同步发电机定子磁链和电磁转矩幅值为状态变量的状态方程；
[0011](4)求出永磁同步发电机原系统的逆系统表达式；
[0012](5)构建一个新的伪线性系统；
[0013](6)求出伪线性系统等效的线性化子系统；
[0014](7)采用变指数趋近律的方法设计等效的线性化子系统的滑模变结构控制律；
[0015](8)将此控制律代入上述逆系统的表达式中，反解出原系统的控制量。本发明永磁同步发电机在α β坐标系下的非线性数学模型为:
[0016]定子电流方程为:..Rs.&e I
【权利要求】
1.一种永磁同步发电机直接转矩控制方法，其特征在于，所述方法的步骤为: (1)建立永磁同步发电机在αβ坐标系下的非线性数学模型； (2)设计转速控制环的PI型控制器，将转速指令值与实测转速值通过PI型控制器运算，得出内环电磁转矩的指令值； (3)建立永磁同步发电机定子磁链和电磁转矩幅值为状态变量的状态方程； (4)求出永磁同步发电机原系统的逆系统表达式； (5)构建一个新的伪线性系统； (6)求出伪线性系统等效的线性化子系统； (7)采用变指数趋近律的方法设计等效的线性化子系统的滑模变结构控制律； (8)将此控制律代入逆系统的表达式中，反解出原系统的控制量。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步发电机直接转矩控制方法，其特征在于，所述非线性数学模型为: 定子电流方程为:
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步发电机直接转矩控制方法，其特征在于，所述内环电磁转矩的指令值为:
4.根据权利要求1所述的一种永磁同步发电机直接转矩控制方法，其特征在于，选取系统的状态变量为[X^X2] = [Te, Vs],控制量为[U^u2] = [usa, Use],输出量为Hy^y2]=[xl, X2] = [Te, ￥s]所述状态方程为:
5.根据权利要求1所述的一种永磁同步发电机直接转矩控制方法，其特征在于，所述逆系统表达式为:
6.根据权利要求1所述的一种永磁同步发电机直接转矩控制方法，其特征在于，所述线性化子系统为:
7.根据权利要求1所述的一种永磁同步发电机直接转矩控制方法，其特征在于，所述反解出原系统的控制量为:
【文档编号】H02P21/14GK103986398SQ201410217088
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】刘向向, 郑宜超 申请人:国家电网公司, 国网江西省电力科学研究院