一种永磁同步电机直接转矩控制优化方法与流程

本发明属于永磁同步电机的直接转矩控制
技术领域：
，具体涉及一种永磁同步电机直接转矩控制优化方法。
背景技术：
：永磁同步电动机(pmsm)由于自身结构简单，具有转速平稳、动态响应快、过载能力强、可靠性高、结构多样化、应用范围广等优点，已成为研究热点，并得到广泛的应用。直接转矩控制(dtc)摒弃了传统矢量控制中的解耦思想，而是将转子磁通定向更换为定子磁通定向，取消了旋转坐标变换，减弱了系统对电机参数的依赖性，通过实时检测电机定子电压和电流，计算转矩和磁链的幅值，并分别与转矩和磁链的给定值比较，利用所得差值来控制定子磁链的幅值及该矢量相对于磁链的夹角，由转矩和磁链调节器直接输出所需的空间电压矢量，从而达到磁链和转矩直接控制的目的。但直接转矩控制系统存在转矩脉动，开关频率变化、编程复杂等缺陷。技术实现要素：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种永磁同步电机直接转矩控制的优化方法，以提高永磁同步电机的控制性能，减小转矩脉动，同时减小逆变器的开关动作次数，减小编程复杂度。本发明所采用的技术方案是：一种永磁同步电机直接转矩控制优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：判断给定磁链、转矩和实际磁链、转矩的差值δψ、δt；步骤2：判断δψ的大小，选择增加、较小或保持磁链；步骤3：判断δt是否超过误差转矩限定值；如果δt超过转矩误差限定值，则选择非零电压矢量；如果δt未超过转矩误差限定值，则选择零电压矢量；步骤4：判断磁链所在扇区；步骤5：根据判定是否使用非零电压矢量和判定的扇区，按照既定的电压矢量开关表选择电压矢量。本发明与现有技术相比具有以下的主要的优点：1.与现有技术相比，本发明在电压矢量开关表中加入零矢量，使系统在选择电压矢量时，可以选择作用较“温和”的零电压矢量，降低转矩脉动。2.新θ判定方法仅仅需要变量值的正负判定，由判定结果就可以得出相关扇区位置，不需要经过一系列的计算公式，降低了编程难度。附图说明图1为本发明实施例的总体结构示意图；图2为本发明实施例的流程图；图3为本发明实施例的三相电压逆变器的8个空间电压矢量示意图；图4为本发明实施例的零电压矢量作用范围和转矩给定示意图；图5是本发明实施例的扇区分布图；图6是传统直接转矩控制的定子磁链仿真波形图；图7是传统直接转矩控制的电磁转矩仿真模型图；图8是本发明实施例的直接转矩控制定子磁链仿真波形图；图9是本发明实施例的直接转矩控制电磁转矩仿真波形图。具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。参见图1和图2，本发明包括以下步骤：步骤1：判断给定磁链、转矩和实际磁链、转矩的差值δψ、δt；步骤2：判断δψ的大小，选择增加、较小或保持磁链；步骤3：判断δt是否超过误差转矩限定值；如果δt超过转矩误差限定值，则选择非零电压矢量；如果δt未超过转矩误差限定值，则选择零电压矢量；其中合适的零电压矢量为：得到上一个状态施加的电压矢量后，判断它的开关状态，选择与上个电压矢量开关状态最相近的一个零电压矢量。步骤4：利用新θ判定方法判断磁链所在扇区；新θ判定方法仅仅需要变量的正负值判定，由判定结果可以得出相关扇区位置。步骤5：根据判定是否使用非零电压矢量和判定的扇区，按照既定的电压矢量开关表选择电压矢量。其中既定的电压矢量开关表为含零电压矢量的开关表。如图3所示，由三相电压逆变器得到8个电压空间矢量，包括其中6个非零电压矢量(v1、v2、v3、v4、v5、v6)和两个零电压矢量(v0、v7)。v0、v1、v2、v3、v4、v5、v6、v7的开关状态分别为000、001、010、011、100、101、110、111.传统直接转矩控制电压矢量开关表没有把零矢量考虑进去，开关表如附表1所示。表1传统直接转矩控制开关表φτθ1θ2θ3θ4θ5θ611v6v2v3v1v5v41-1v5v4v6v2v3v101v2v3v1v5v4v60-1v1v5v4v6v2v3其中φ＝1表示给定磁链大于实际磁链并且两者之差大于磁链误差限定值，此时需要增加磁链；φ＝0表示给定磁链小于实际磁链并且两者之差大于磁链误差限定值，此时需要减小磁链；τ＝1表示给定转矩大于实际转矩并且两者之差大于转矩误差限定值，此时需要增加转矩；τ＝-1表示给定转矩小于实际转矩并且两者之差大于转矩误差限定值，此时需要减小转矩；θ1～θ6为磁链所属扇区。研究表明零电压矢量可以缓慢减小电磁转矩和定子磁链幅值，因为本发明为了减小电磁转矩脉动，把零电压矢量加入到电压矢量开关表中，用于减小电磁转矩脉动。如图4所示，为给定转矩，δte为转矩误差限定值，当实际转矩在图4中两条虚线之间的位置时，表明给定转矩和实际转矩之间的差值小于转矩误差限定值，此时可判定电机处于稳态运行状态，需要用零电压矢量来“温和”调节电磁转矩，以减小脉动；当实际转矩在图4中两条虚线以外的位置时，表明给定转矩和实际转矩之间的差值小于转矩误差限定值，此时可判定电机处于动态运行状态，需要用非零电压矢量来“强力”调节电磁转矩，以保证实际转矩快速跟踪给定转矩。本发明设定两个变量φ和τ，且令根据τ的取值范围可得到本发明的电压矢量开关表如附表2所示。表2本发明直接转矩控制开关表φτθ1θ2θ3θ4θ5θ611v6v2v3v1v5v410v7v0v7v0v7v01-1v5v4v6v2v3v101v2v3v1v5v4v600v0v7v0v7v0v70-1v1v5v4v6v2v3采用新θ判定方法来磁链所在扇区，仅仅需要变量值得正负判定，就可以得出磁链所属扇区位置。传统直接转矩控制中扇区判定根据下式得到：在仿真中，需要一定的计算量，增加了编程的复杂度，而在实践中，这种数学操作对于dsp来说太复杂，因为本发明使用了另一种方式来确定θ，即根据变量值的正负值来判定，设变量值分别为ψsα、ψsβ以及具体判定结果如附表3所示。表3定子磁链空间矢量扇区判定表新扇区判定方法的推导过程如下：定子磁链的扇区分布如图5所示，ψsα和ψsβ为ψs在α-β轴上的分量，θ1～θ6的角度范围以及对应的正切范围如附表4所示。取表4扇区取值对应表扇区角度范围正切值范围θ1-π/6～π/6-0.577～0.577θ2π/6～π/20.577～+∞θ3π/2～5π/6-∞～-0.577θ45π/6～7π/6-0.577～0.577θ57π/6～3π/20.577～+∞θ63π/2～11π/6-∞～-0.577在此给出和ψsβ正负值所确定的象限条件。判定条件一：当ψsα为+，ψsβ为+，则ψs位于第一象限；判定条件二：当ψsα为+，ψsβ为-，则ψs位于第四象限；判定条件三：ψsα为-，ψsβ为+，则ψs位于第二象限；判定条件四：ψsα为-，ψsβ为-，则ψs位于第三象限。在上述判定条件基础上，为+时，由上述四个判定条件可以得到如下结果。判定条件一下：在第一象限中，满足要求的只有θ1；判定条件二下：在第四象限中满足要求只有θ1；判定条件三下：在第二象限中满足要求的只有θ4；判定条件四下：在第三象限中满足要求的只有θ4。在上述判定条件基础上，为-时，由上述四个判定条件可以得到如下结果。判定条件一下：在第一象限中，满足要求的只有θ2；判定条件二下：在第四象限中满足要求的只有θ6；判定条件三下：在第二象限中满足要求的只有θ3；判定条件四下：在第三象限中满足要求的只有θ5。综上所述，得到附表4。根据图1中两段式磁链滞环比较器的输出φ、三段式转矩滞环比较器的输出τ和θ新判定方法的输出θ共同选择附表2中的电压矢量，通过逆变器从而控制永磁同步电机的运行状态。上述实施例提供的异步电机分级变频软起动装置，其工作过程如下：首先获取定子电压、定子电流；根据定子电压和定子电流，计算实际转矩te和实际磁链ψs；然后分别与给定转矩te*和给定磁链ψs*作差，得出的差值δt和δψ分别经过三段式转矩滞环比较器和两段式磁链滞环比较器得到τ和φ；采用θ新判定方法得出定子磁链此时属于的扇区θn(n＝1～6)；根据得到τ、φ和θn，从附表2中本发明直接转矩控制开关表中选择合适的电压矢量；电压矢量通过逆变器作用在永磁同步电机上，从而控制永磁同步电机的转矩和磁链；下一时刻在获取定子电压、定子电流形成循环控制。请见图6是传统直接转矩控制的定子磁链仿真波形图，图7是传统直接转矩控制的电磁转矩仿真模型图，图8是本发明实施例的直接转矩控制定子磁链仿真波形图，图9是本发明实施例的直接转矩控制电磁转矩仿真波形图；仿真和实验验证表明，该发明可以提高系统的动态性能，有效减小电磁转矩脉动。应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页12