一种提高电机转矩性能的直接转矩控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电机的直接转矩控制技术领域，涉及一种提高电机转矩性能的直接转 矩控制系统及方法。
【背景技术】
[0002] 直接转矩控制(DTC)技术在发展过程中不断地进行优化和提高，但还没有完善，目 前对该理论的研究仍然较多。它摒弃了矢量控制中解耦的思想，根据定子磁链的位置、定子 磁链和转矩的误差，采用滞环比较器和开关逻辑表，直接生成作用于电机的定子电压矢量， 驱动电机运行。具有对电机模型参数依赖程度小的优点，已成为交流传动的新热点，但它的 缺点是磁链控制不对称、电流和转矩脉动较大等。为了克服传统DTC的缺点，已提出了很多 方法，Lascu C等提出空间矢量调制（SVW)技术、J. -K.Kang和S. -K. Sul提出转矩脉动最小化 方法、L. R0MERAL和A. ARIAS等提出模糊逻辑自适应方法、吴晓东和南余荣提出在一个周期 使转矩平均与参考值逼近的方法，但这些方法的算法较复杂，依赖多项电机参数。目前的直 接转矩控制方法，当考虑定子电阻压降的影响时，其区间选择不精确，定子磁链处于区段线 附近时控制性能变差，但是没有考虑转矩增加的前提条件及磁链变化的临界条件，且转矩 脉动虽有减小却不是很理想，因此不能准确有效的对电机进行控制。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种提高电机转矩性能的直 接转矩控制系统及方法，该系统及方法能够准确有效的对电机进行控制。
[0004]为达到上述目的，本发明所述的提高电机转矩性能的直接转矩控制系统包括转矩 调节器、磁链调节器、转速调节器、扇区判断模块、电压矢量选择表生成模块、驱动信号生成 系统、占空比计算模块、用于获取电机定子磁链信息的磁链观测器、用于获取电机电磁转矩 信息的转矩观测器、以及用于获取电机输出轴转速的转速观测器；
[0005] 转速观测器的输出端与转速调节器的输入端相连接，转矩观测器的输出端及转速 调节器的输出端与转矩调节器的输入端相连接，磁链观测器的输出端与扇区判断模块的输 入端、磁链调节器的输入端及占空比计算模块的输入端相连接，转矩调节器的输出端、扇区 判断模块的输出端及磁链调节器的输出端均与电压矢量选择表生成模块的输入端相连接， 占空比计算模块的输出端及电压矢量选择表生成模块的输出端均与驱动信号生成系统的 输入端相连接，驱动信号生成系统的输出端与电机的控制端相连接。
[0006] 本发明所述的提高电机转矩性能的直接转矩控制方法包括以下步骤：
[0007] 转速观测器获取电机输出轴的转速信息，并将所述转速信息转发至转速调节器 中，转速调节器根据所述转速信息及预设转速值得给定转矩值，并将所述给定转矩值转发 至转矩调节器中，转矩观测器获取电机的电磁转矩信息，并将所述电磁转矩信息转发至转 矩调节器中，转矩调节器根据所述电磁转矩信息及给定转矩值生成转矩控制信号，并将所 述转矩控制信号转发至电压矢量选择表生成模块中；
[0008] 磁链观测器获取电机的定子磁链信息，并将所述定子磁链信息转发至扇区判断模 块、占空比计算模块及磁链调节器中，扇区判断模块根据所述定子磁链信息判断磁链所在 扇区，并将得到的磁链所在扇区转发至电压矢量选择表生成模块中，占空比计算模块将所 述定子磁链信息与预设的给定磁链幅值进行作差运算，并根据作差运算的结果及计算得到 的最佳转矩误差值得转矩脉动最小时的占空比值，然后将转矩脉动最小时的占空比值转发 至驱动信号生成系统中，磁链调节器将所述定子磁链信息与预设磁链幅值得磁链控制信 号，并磁链控制信号转发至电压矢量选择表生成模块中，电压矢量选择表生成模块根据所 述磁链控制信号、转矩控制信号及磁链所在扇区生成门信号，并将所述门信号转发至驱动 信号生成系统中，驱动信号生成系统根据所述门信号及转矩脉动最小时的占空比值得驱动 信号，并将所述驱动信号转发至电机的控制端，从而实现对电机转矩性能的直接转矩控制。
[0009] 磁链观测器采用定子磁链的u_i模型检测定子电压及定子电流，然后根据定子电 压及定子电流得定子磁链信息。
[0010] 转速调节器根据所述转速信息及预设转速值进行PID运算，得给定转矩值。
[0011]磁链调节器将所述定子磁链信息与预设磁链幅值进行作差运算，并根据作差运算 的结果生成磁链控制信号。
[0012] 磁链控制信号的值为0或1，转矩控制信号的值为0或1。
[0013] 扇区判断模块根据定子磁链信息将定子磁链投影到α-β坐标系下，并根据定子磁 链在α-β坐标系下投影值的正负确定磁链所在扇区。
[0014] 本发明具有以下有益效果：
[0015] 本发明所述的提高电机转矩性能的直接转矩控制系统及方法在操作时，转速调节 器根据检测的转速信息与预设转速值得给定转矩值，转矩调节器根据给定转矩值及检测得 到的电磁转矩信息生成转矩控制信号，通过分析电压矢量对转矩的影响，从而充分考虑转 矩增加的前提条件；另外，占空比计算模块根据给定磁链幅值及检测得到的定子磁链信息 得到磁链控制信号，通过分析电压矢量对磁链的影响，从而充分考虑磁链变化的临界条件， 进而优化了电压矢量选择表生成模块，占空比计算模块根据所述定子磁链信息得转矩脉动 最小时的占空比值，从而得出恰当的电压矢量作用时间，进而提高对电机控制的准确性，加 快系统响应的同时减小转矩和电流脉动。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的结构示意图。
[0017] 其中，1为电机、2为转速调节器、3为转矩观测器、4为磁链观测器、5为转矩调节器、 6为磁链调节器、7为扇区判断模块、8为电压矢量选择表生成模块、9为驱动信号生成系统、 10为占空比计算模块。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0019] 参考图1，本发明所述的提高电机转矩性能的直接转矩控制系统包括转矩调节器 5、磁链调节器6、转速调节器2、扇区判断模块7、电压矢量选择表生成模块8、驱动信号生成 系统9、占空比计算模块10、用于获取电机1定子磁链信息的磁链观测器4、用于获取电机1电 磁转矩信息的转矩观测器3、以及用于获取电机1输出轴转速的转速观测器;转速观测器的 输出端与转速调节器2的输入端相连接，转矩观测器3的输出端及转速调节器2的输出端与 转矩调节器5的输入端相连接，磁链观测器4的输出端与扇区判断模块7的输入端、磁链调节 器6的输入端及占空比计算模块10的输入端相连接，转矩调节器5的输出端、扇区判断模块7 的输出端及磁链调节器6的输出端均与电压矢量选择表生成模块8的输入端相连接，占空比 计算模块10的输出端及电压矢量选择表生成模块8的输出端均与驱动信号生成系统9的输 入端相连接，驱动信号生成系统9的输出端与电机1的控制端相连接。
[0020] 本发明所述的提高电机转矩性能的直接转矩控制方法包括以下步骤：
[0021] 转速观测器获取电机1输出轴的转速信息，并将所述转速信息转发至转速调节器2 中，转速调节器2根据所述转速信息及预设转速值得给定转矩值，并将所述给定转矩值转发 至转矩调节器5中，转矩观测器3获取电机1的电磁转矩信息，并将所述电磁转矩信息转发至 转矩调节器5中，转矩调节器5根据所述电磁转矩信息及给定转矩值生成转矩控制信号，并 将所述转矩控制信号转发至电压矢量选择表生成模块8中；
[0022] 磁链观测器4获取电机1的定子磁链信息，并将所述定子磁链信息转发至扇区判断 模块7、占空比计算模块10及磁链调节器6中，扇区判断模块7根据所述定子磁链信息判断磁 链所在扇区，并将得到的磁链所在扇区转发至电压矢量选择表生成模块8中，占空比计算模 块10将所述定子磁链信息与预设的给定磁链幅值进行作差运算，并根据作差运算的结果及 计算得到的最佳转矩误差值得转矩脉动最小时的占空比值，然后将转矩脉动最小时的占空 比值转发至驱动信号生成系统9中，磁链调节器6将所述定子磁链信息与预设磁链幅值得磁 链控制信号，并磁链控