一种电机控制方法及其控制系统与流程

本发明涉及电机控制技术领域，更具体地说，涉及一种电机控制方法及其控制系统。

背景技术：

直接转矩控制作为一种先进的电机控制方法以其快速转矩响应的特点在低压变频器上已经得到了应用，但是由于H桥级联型中压变频器的一些特殊特点，如：开关频率的控制、开关矢量表的制定都成为制约直接转矩控制在H桥级联型中压变频器上应用的因素。

现有技术的直接转矩控制的原理一般为直接以电机磁链和转矩作为控制量来进行控制。其原理图如图1所示，图1为现有技术的直接转矩控制原理图，图1中采用速度闭环产生转矩给定量，并根据定子磁链和转矩滞环比较的输出选择输出电压矢量表，进而使驱动模块发波来驱动电机，另外还有用输出电压和电流的反馈计算定子磁链和转矩的环节。故传统的直接转矩控制存在以下缺点：

1、开关矢量表构造麻烦；

2、功率器件开关频率不固定。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中直接转矩控制的开关矢量表构造麻烦且功率器件开关频率不固定的缺陷，提供一种电机控制方法及其控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种电机控制方法，包括：

依据电机的三相电流Ia、Ib、Ic和三相电压Ua、Ub、Uc计算反馈转矩TorqFdb及磁链信息并将所述反馈转矩TorqFdb传送至转矩计算模块，将所述磁链信息传送至磁链计算模块；

所述转矩计算模块将预设的速度信号SpdRef与所述反馈转矩TorqFdb计算得出转矩环路输出电压UsQRef，并将其送至反变换模块；

所述磁链计算模块将磁链给定值与所述磁链信息计算得出磁链环输出电压UsDRef，并将其送至所述反变换模块；

所述反变换模块将所述转矩环路输出电压UsQRef及所述磁链环输出电压UsDRef转换为系统三相电压UaRef、UbRef、UcRef，并将其传送至载波移相模块；

所述载波移相模块依据所述系统三相电压UaRef、UbRef、UcRef输出调制信号至驱动模块；

所述驱动模块依据所述调制信号对所述电机进行直接转矩控制。

在本发明所述的电机控制方法中，所述依据电机的三相电流Ia、Ib、Ic和三相电压Ua、Ub、Uc计算反馈转矩TorqFdb及磁链信息的步骤还包括：

依据所述电机的三相电流Ia、Ib、Ic和三相电压Ua、Ub、Uc计算得出磁链相位值sinθ/cosθ，并将其送至所述反变换模块。

在本发明所述的电机控制方法中，所述转矩计算模块将预设的速度信号SpdRef与所述反馈转矩TorqFdb计算得出转矩环路输出电压UsQRef，并将其送至反变换模块的步骤包括：

所述速度信号SpdRef与所述电机的反馈信号计算并经过第一PI控制器转换为速度环输出信号TorRef；

所述速度环输出信号TorRef与所述反馈转矩TorqFdb计算那并经过第二PI控制器转换为所述转矩环路输出电压UsQRef，并将其送至反变换模块。

在本发明所述的电机控制方法中，所述磁链计算模块将磁链给定值与所述磁链信息计算得出磁链环输出电压UsDRef，并将其送至所述反变换模块的步骤包括：

定子磁链生成器生成所述磁链给定值

所述磁链给定值与所述磁链信息计算并经过第三PI控制器转换为所述磁链环输出电压UsDRef，并将其送至所述反变换模块。

在本发明所述的电机控制方法中，所述反变换模块将所述转矩环路输出电压UsQRef及所述磁链环输出电压UsDRef转换为系统三相电压UaRef、UbRef、UcRef，并将其传送至载波移相模块的步骤还包括：

所述反变换模块依据所述磁链相位值sinθ/cosθ将所述转矩环路输出电压UsQRef及所述磁链环输出电压UsDRef转换为系统三相电压UaRef、UbRef、UcRef。

另一方面，提供一种电机控制系统，包括：

磁链及转矩输出模块，用于依据电机的三相电流Ia、Ib、Ic和三相电压Ua、Ub、Uc计算反馈转矩TorqFdb及磁链信息并将所述反馈转矩TorqFdb传送至转矩计算模块，将所述磁链信息传送至磁链计算模块；

所述转矩计算模块，用于将预设的速度信号SpdRef与所述反馈转矩TorqFdb计算得出转矩环路输出电压UsQRef，并将其送至反变换模块；

所述磁链计算模块，用于将磁链给定值与所述磁链信息计算得出磁链环输出电压UsDRef，并将其送至所述反变换模块；

所述反变换模块，用于将所述转矩环路输出电压UsQRef及所述磁链环输出电压UsDRef转换为系统三相电压UaRef、UbRef、UcRef，并将其传送至载波移相模块；

所述载波移相模块，用于依据所述系统三相电压UaRef、UbRef、UcRef输出调制信号至驱动模块；

所述驱动模块，用于依据所述调制信号对所述电机进行直接转矩控制。

在本发明所述的电机控制系统中，所述磁链及转矩输出模块还用于：

依据所述电机的三相电流Ia、Ib、Ic和三相电压Ua、Ub、Uc计算得出磁链相位值sinθ/cosθ，并将其送至所述反变换模块。

在本发明所述的电机控制系统中，所述转矩计算模块包括：

第一计算部，用于将所述速度信号SpdRef与所述电机的反馈信号计算并经过第一PI控制器转换为速度环输出信号TorRef；

第二计算部，用于将所述速度环输出信号TorRef与所述反馈转矩TorqFdb计算那并经过第二PI控制器转换为所述转矩环路输出电压UsQRef，并将其送至反变换模块。

在本发明所述的电机控制系统中，所述磁链计算模块包括：

定子磁链生成器，用于生成所述磁链给定值

第三计算部，用于将所述磁链给定值与所述磁链信息计算并经过第三PI控制器转换为所述磁链环输出电压UsDRef，并将其送至所述反变换模块。

在本发明所述的电机控制系统中，所述反变换模块还用于：

依据所述磁链相位值sinθ/cosθ将所述转矩环路输出电压UsQRef及所述磁链环输出电压UsDRef转换为系统三相电压UaRef、UbRef、UcRef。

上述公开的一种电机控制方法及其控制系统具有以下有益效果：采用电子磁链和转矩的PI调节器替代现有技术直接转矩控制中的磁链和转矩的滞环比较环节，并采用载波移相PWM发波方式替代开关矢量表，规避了开关矢量表的构造，达到固定开关频率的目的。

附图说明

图1为现有技术的直接转矩控制原理图；

图2为本发明提供的一种电机控制系统的原理图；

图3为本发明提供的一种电机控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种电机控制方法及其控制系统，其目的在于，采用电子磁链和转矩的PI调节器替代现有技术直接转矩控制中的磁链和转矩的滞环比较环节，并采用载波移相PWM发波方式替代开关矢量表，规避了开关矢量表的构 造，达到固定开关频率的目的。

参见图2，图2为本发明提供的一种电机控制系统100的原理图，该电机控制系统100包括：

磁链及转矩输出模块1，用于依据电机200的三相电流Ia、Ib、Ic和三相电压Ua、Ub、Uc计算反馈转矩TorqFdb及磁链信息并将所述反馈转矩TorqFdb传送至转矩计算模块2，将所述磁链信息传送至磁链计算模块3；此外，还依据所述电机200的三相电流Ia、Ib、Ic和三相电压Ua、Ub、Uc计算得出磁链相位值sinθ/cosθ，并将其送至反变换模块4。磁链及转矩输出模块1主要为执行定子磁链观测及输出转矩计算。其中磁链观测环节也可以采用三相输出电压的调制波UaRef、UbRef、UcRef及母线电压和三相输出电流Ia、Ib、Ic或其中的任意两相输出电流(由Ia+Ib+Ic＝0关系计算出另外一相电流)来进行磁链观测。其中，所述反馈转矩TorqFdb由下述三式计算所得：

所述转矩计算模块2，用于将预设的速度信号SpdRef与所述反馈转矩TorqFdb计算得出转矩环路输出电压UsQRef，并将其送至反变换模块4；该模块为PI控制，计算过程为公知常识，此处不再赘述。所述转矩计算模块2包括：

第一计算部21，用于将所述速度信号SpdRef与所述电机200的反馈信号计算并经过第一PI控制器211转换为速度环输出信号TorRef；其中第一计算部21包括加法运算器及第一PI控制器211，具体为速度信号SpdRef与所述电机200的反馈信号相减后再经过第一PI控制器211进行相位变换。

第二计算部22，用于将所述速度环输出信号TorRef与所述反馈转矩 TorqFdb计算那并经过第二PI控制器221转换为所述转矩环路输出电压UsQRef，并将其送至反变换模块4。其中第二计算部22包括加法运算器及第二PI控制器221，具体为速度环输出信号TorRef与反馈转矩TorqFdb相减后再经过第二PI控制器221进行相位变换。

所述磁链计算模块3，用于将磁链给定值与所述磁链信息计算得出磁链环输出电压UsDRef，并将其送至所述反变换模块4；该模块为PI控制，计算过程为公知常识，此处不再赘述。所述磁链计算模块3包括：

定子磁链生成器31，用于生成所述磁链给定值

第三计算部32，用于将所述磁链给定值与所述磁链信息计算并经过第三PI控制器321转换为所述磁链环输出电压UsDRef，并将其送至所述反变换模块4。其中第三计算部32包括加法运算器及第三PI控制器321，具体为磁链给定值与磁链信息相减后再经过第三PI控制器321进行相位变换。

所述反变换模块4，用于将所述转矩环路输出电压UsQRef及所述磁链环输出电压UsDRef转换为系统三相电压UaRef、UbRef、UcRef，并将其传送至载波移相模块5；该反变换模块4可以为Clark/Park反变换，其中，Clark变换为将三相系统转换为两相系统；Park变换为将两相静态系统转换为转动系统矢量。本发明中，采用定子磁链和转矩的PI控制获取输出电压的D轴和Q轴分量，再经过Clark和Park反变换三相输出电压信号。其中，系统三相电压UaRef、UbRef、UcRef可依据下述两式计算所得：

其中，θ为定子磁链角。

所述载波移相模块5，用于依据所述系统三相电压UaRef、UbRef、UcRef输出调制信号至驱动模块6；此外，还依据所述磁链相位值sinθ/cosθ将所述转 矩环路输出电压UsQRef及所述磁链环输出电压UsDRef转换为系统三相电压UaRef、UbRef、UcRef。该载波移相模块5可以采用载波移相PWM(脉冲宽度调制)或SVPWM(空间矢量脉宽调制，Space Vector Pulse Width Modulation)调制技术。该模块为载波移相调制，调制过程为公知常识，此处不再赘述。

所述驱动模块6，用于依据所述调制信号对所述电机200进行直接转矩控制。该驱动模块6可为H桥级联型驱动模块6，其采用载波移相PWM调制技术与现有技术中的直接转矩相结合，并应用于H桥级联型中压变频器中，使直接转矩控制在H桥级联型中压变频器中得到了应用。

该系统还可以将载波移相调制技术和H桥级联型驱动模块6更换为多电平调制技术和相应的多电平驱动模块6，以应用于多电平拓扑结构的变频器。

同时，该系统可以应用于电机200速度信号不采用测速传感器获取而采用速度估算器获取的直接转矩控制系统的变频器，即无速度传感器直接转矩控制。

参见图3，图3为本发明提供的一种电机200控制方法的流程图，该电机200控制方法包括：

S1、依据电机200的三相电流Ia、Ib、Ic和三相电压Ua、Ub、Uc计算反馈转矩TorqFdb及磁链信息并将所述反馈转矩TorqFdb传送至转矩计算模块2，将所述磁链信息传送至磁链计算模块3；此外，还依据所述电机200的三相电流Ia、Ib、Ic和三相电压Ua、Ub、Uc计算得出磁链相位值sinθ/cosθ，并将其送至所述反变换模块4。其中，所述反馈转矩TorqFdb由下述三式计算所得：

S2、所述转矩计算模块2将预设的速度信号SpdRef与所述反馈转矩 TorqFdb计算得出转矩环路输出电压UsQRef，并将其送至反变换模块4；该步骤为PI控制，计算过程为公知常识，此处不再赘述。所述步骤S2包括以下子步骤：

S21、所述速度信号SpdRef与所述电机200的反馈信号计算并经过第一PI控制器转换为速度环输出信号TorRef；

S22、所述速度环输出信号TorRef与所述反馈转矩TorqFdb计算那并经过第二PI控制器转换为所述转矩环路输出电压UsQRef，并将其送至反变换模块4。

S3、所述磁链计算模块3将磁链给定值与所述磁链信息计算得出磁链环输出电压UsDRef，并将其送至所述反变换模块4；该步骤为PI控制，计算过程为公知常识，此处不再赘述。所述步骤S3包括以下子步骤：

S31、定子磁链生成器生成所述磁链给定值

S32、所述磁链给定值与所述磁链信息计算并经过第三PI控制器转换为所述磁链环输出电压UsDRef，并将其送至所述反变换模块4。

其中，步骤S2和S3的执行顺序不分先后。

S4、所述反变换模块4将所述转矩环路输出电压UsQRef及所述磁链环输出电压UsDRef转换为系统三相电压UaRef、UbRef、UcRef，并将其传送至载波移相模块5；此外，还依据所述磁链相位值sinθ/cosθ将所述转矩环路输出电压UsQRef及所述磁链环输出电压UsDRef转换为系统三相电压UaRef、UbRef、UcRef。其中，系统三相电压UaRef、UbRef、UcRef可依据下述两式计算所得：

其中，θ为定子磁链角。

S5、所述载波移相模块5依据所述系统三相电压UaRef、UbRef、UcRef输出调制信号至驱动模块6；该步骤为载波移相调制，调制过程为公知常识， 此处不再赘述。

S6、所述驱动模块6依据所述调制信号对所述电机200进行直接转矩控制。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。