基于空间矢量的三相感应电机直接转矩控制系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电机调控技术领域，特别涉及了基于空间矢量的三相感应电机直接转 矩控制系统和方法。
【背景技术】
[0002] 三相感应电机具有成本低、环境适应性强等优点，在很多领域得到了推广应用。随 着三相感应电机的广泛运用，对三相感应电机的控制技术也提出了更高的要求。
[0003]目前常用的三相感应电机的控制方式是直接转矩控制方式，它具有良好的动态性 能，是一种较好的三相感应电机调速控制方式。然而，传统的直接转矩控制方式由于稳态转 矩脉动较强，存在很多谐波，对三相感应电机会造成很大损害。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述【背景技术】提出的技术问题，本发明旨在提供基于空间矢量的三相感 应电机直接转矩控制系统和方法，削弱稳态转矩脉动，有效抑制谐波，减小对三相感应电机 的损害。
[0005] 为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
[0006] 基于空间矢量的三相感应电机直接转矩控制系统，其特征在于：包括PffM控制器、 速度调节器、电流/电压检测电路、坐标变换模块、磁链/转矩观测器、转速传感器、三相桥 式逆变器以及第一~第三比较器；所述转速传感器的输入端和电流/电压检测电路的输入 端分别连接三相感应电机，转速传感器的输出端连接第一比较器的负输入端，第一比较器 的正输入端输入给定转速信号，第一比较器的输出端连接速度调节器的输入端，速度调节 器的输出端连接第二比较器的正输入端，电流/电压检测电路的输出端经坐标变换模块与 磁链/转矩观测器的输入端连接，第二比较器的负输入端和第三比较器的负输入端分别连 接磁链/转矩观测器的输出端，第三比较器的正输入端输入给定磁链信号，第二比较器的 输出端、第三比较器的输出端、磁链/转矩观测器的输出端分别连接PWM控制器的输入端， PWM控制器的输出端连接三相桥式逆变器中6个开关管的门极，控制三相桥式逆变器向三 相感应电机输出交流电信号。
[0007] 其中，上述速度调节器采用PI调节器。
[0008] 其中，上述三相桥式逆变器的6个开关管均为IGBT。
[0009] 其中，上述PffM控制器、速度调节器、第一~第三比较器、坐标变换模块和磁链/转 矩观测器集成在一片DSP处理器上。
[0010] 其中，上述DSP处理器的型号为DSP28335。
[0011] 本发明还包括基于空间矢量的三相感应电机直接转矩控制方法，包括以下步骤：
[0012] (1)检测三相感应电机的定子电流、电压信号；
[0013] (2)将三相静止坐标系下的电流信号ia、ib、i。变换为两相静止坐标系下电流信号 i α、i e、i α e。，将三相静止坐标系下的电压信号ua、ub、u。变换为两相静止坐标系下电压信号
[0015] 其中，ia{!。、ua e。分别为零轴电流和零轴电压，C 3/2为坐标变换矩阵；
「00161 (3)计筧宙子磁链和转矩：
[0020] (4)计算磁链角度，并根据磁链角度判断定子磁链所在扇区：
[0024] 其中，Θ即为磁链角度；
[0025] (5)采集三相感应电机的实际转速，将给定转速与实际转速的差值输入速度调节 器，得到目标转矩；
[0026] (6)将给定磁链与步骤（3)得到的实际磁链的差值、目标转矩与步骤（3)得到的实 际转矩的差值分别输入PWM控制器；
[0027] (7)PWM控制器根据步骤⑷判断出的磁链所在扇区向三相桥式逆变器输出控制 矢量，控制三相桥式逆变器导通状态：
[0028] 当磁链位于I扇区，则 PWM控制器组合输出3个矢量V3、V4、v6;
[0029] 当磁链位于II扇区，则 PffM控制器组合输出3个矢量V2、v6;
[0030] 当磁链位于III扇区，则 PffM控制器组合输出3个矢量V2、V3、v5;
[0031] 当磁链位于IV扇区，则 PffM控制器组合输出3个矢量v3、v4;
[0032] 当磁链位于V扇区，则 PffM控制器组合输出3个矢量V5、v6;
[0033] 当磁链位于VI扇区，则 PWM控制器组合输出3个矢量V2、V4、v5;
[0034] 其中，
[0035] 矢量V1对应的三相桥式逆变器的导通状态：a相下桥臂导通、b相下桥臂导通、c相 上桥臂导通；
[0036] 矢量V2对应的三相桥式逆变器的导通状态：&相下桥臂导通、b相上桥臂导通、c相 下桥臂导通；
[0037] 矢量V3对应的三相桥式逆变器的导通状态：a相下桥臂导通、b相上桥臂导通、c相 上桥臂导通；
[0038] 矢量V4对应的三相桥式逆变器的导通状态：&相上桥臂导通、b相下桥臂导通、c相 下桥臂导通；
[0039] 矢量V5对应的三相桥式逆变器的导通状态：a相上桥臂导通、b相下桥臂导通、c相 上桥臂导通；
[0040] 矢量V6对应的三相桥式逆变器的导通状态：a相上桥臂导通、b相上桥臂导通、c相 下桥臂导通。
[0041] 采用上述技术方案带来的有益效果：
[0042] 与传统直接转矩控制方式的单矢量控制不同，本发明在原来单矢量的基础上加入 一对大小相等、方向相反的矢量，能够削弱稳态转矩脉动，有效抑制谐波，减小对三相感应 电机的损害。
【附图说明】
[0043] 图1是本发明的系统结构框图；
[0044] 图2是本发明中三相桥式逆变器的结构图；
[0045] 图3是本发明矢量扇形分布图。
【具体实施方式】
[0046] 以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0047] 如图1所示本发明的系统结构框图，基于空间矢量的三相感应电机直接转矩控制 系统，其特征在于：包括PWM控制器、速度调节器、电流/电压检测电路、坐标变换模块、磁链 /转矩观测器、转速传感器、三相桥式逆变器以及第一~第三比较器；所述转速传感器的输 入端和电流/电压检测电路的输入端分别连接三相感应电机，转速传感器的输出端连接第 一比较器的负输入端，第一比较器的正输入端输入给定转速信号，第一比较器的输出端连 接速度调节器的输入端，速度调节器的输出端连接第二比较器的正输入端，电流/电压检 测电路的输出端经坐标变换模块与磁链/转矩观测器的输入端连接，第二比较器的负输入 端和第三比较器的负输入端分别连接磁链/转矩观测器的输出端，第三比较器的正输入端 输入给定磁链信号，第二比较器的输出端、第三比较器的输出端、磁链/转矩观测器的输出 端分别连接PWM控制器的输入端，PWM控制器的输出端连接三相桥式逆变器中6个开关管 的门极，控制三相桥式逆变器向三相感应电机输出交流电信号。
[0048] 在本实施例中，速度调节器采用PI调节器。三相桥式逆变器的6个开关管均为 IGBT0
[0049] 在本实施例中，PffM控制器、速度调节器、第一~第三比较器、坐标变换模块和磁链 /转矩观测器集成在一片DSP处理器上。DSP处理器的型号为DSP28335。
[0050] 本发明还包括基于空间矢量的三相感应电机直接转矩控方法，包括以下步骤：
[0051] (1)检测三相感