一种瞬时转矩直接控制方法及系统与流程

技术特征：

1.一种瞬时转矩直接控制系统，其特征在于，所述瞬时转矩直接控制系统至少包括：磁场控制器、磁链观测器、转矩控制器、处理器；

所述磁场控制器，用于根据电机的运行状态选择优化的d轴电流指令id^*；

所述转矩控制器，用于接收一转矩指令te^*与一反馈转矩te之间的转矩偏差xte，并同时接收所述d轴电流指令id^*与反馈d轴电流id的电流差值xid，并根据所述转矩偏差xte以及电流差值xid，计算dq轴的电压给定(ud,uq)，用于对永磁同步电动机的转矩进行控制；

所述磁链观测器，用于根据所述转矩控制器输出的电压(ud,uq)以及电机dq轴电流(id,iq)，计算得到估算的磁链

所述处理器，用于根据磁链和所述电流(id,iq)计算出所述电动机的反馈转矩

2.如权利要求1所述的瞬时转矩直接控制系统，其特征在于，所述磁场控制器采用以下策略获得所述d轴电流指令id^*：

在永磁电机非弱磁区时，采用最优电流角控制(mtpa)策略，根据函数(1)获所述d轴电流给定：

id^*＝fmtpa(te^*)(1)

在永磁电机弱磁区时，根据电机转速ωr和直流电压udc获得所述d轴电流给定，如函数(2)所示

3.如权利要求1所述的瞬时转矩直接控制系统，其特征在于，所述磁链观测器通过以下方式获得估算的磁链：

其中，

其中，x表示电动机真实的磁链，表示所述估算的磁链，g为增益矩阵；rs表示电动机的相电阻，ωr表示电机转速，ld表示d轴电感，lq表示q轴电感，k为所述磁链观测器系统极点相对电机极点的倍数。

4.如权利要求3所述的瞬时转矩直接控制系统，其特征在于，通过配置k，使得(a-gc)的特征根在负半轴平面，令收敛到真实的x。

5.如权利要求1所述的瞬时转矩直接控制系统，所述处理器根据如下公式计算出所述反馈转矩te：

其中，np为电动机的极对数。

6.如权利要求1所述的瞬时转矩直接控制系统，其特征在于，所述转矩控制器包括滑模控制器，用以计算dq轴的电压给定(ud,uq)；

其中，所述滑模控制器选取状态变量为：

滑模面方程为：

其中，cte和cid为线性系数，只要令cte和cid大于0，那么滑模面就是稳定的，同时还可以消除稳态误差；

用指数趋近律进行控制率设计，dq轴的电压给定(ud,uq)按下式(9)计算：

其中：

其中，ε1、ε2、k1、k2为控制参数，ψf表示永磁体磁链，rs表示电动机的相电阻，id和iq为电机的dq轴电流，ωr表示电机转速，ld表示d轴电感，lq表示q轴电感，控制参数ε1、ε2、k1、k2选取范围如下：

其中，|nq(t)|max和|nd(t)|max分别为dq轴上的预设的最大扰动量，ψf表示永磁体磁链；rs表示电动机的相电阻，ωr表示电机转速，ld表示d轴电感，lq表示q轴电感，k为所述磁链观测器系统极点相对电机极点的倍数。

7.如权利要求6所述的瞬时转矩直接控制系统，其特征在于，所述控制参数ε1和ε2、k1和k2为可调节的，以满足电动机的转矩动态响应要求，并减小转矩脉动。

8.如权利要求1所述的瞬时转矩直接控制系统，其特征在于，所述瞬时转矩直接控制系统适用于所有类型的永磁同步电机。

9.一种瞬时转矩直接控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a.根据电机的运行状态选择优化的d轴电流指令id^*；

b.根据转矩指令te^*与反馈转矩te之间的转矩偏差xte，以及所述d轴电流指令id^*与反馈d轴电流id的电流差值xid，计算dq轴的电压给定(ud,uq)，用于对永磁同步电动机的转矩进行控制；

c.根据所述转矩控制器输出的电压(ud,uq)以及电机dq轴电流(id,iq)，计算得到估算的磁链

d.根据磁链和所述电流(id,iq)计算出所述电动机的反馈转矩所述反馈转矩反馈至步骤b中进行循环计算。

10.如权利要求9所述的瞬时转矩直接控制方法，其特征在于，步骤a包括以下步骤：

在永磁电机非弱磁区时，采用最优电流角控制(mtpa)策略，根据函数(1)获所述d轴电流给定：

id^*＝fmtpa(te^*)(1)

在永磁电机弱磁区时，根据电机转速ωr和直流电压udc获得所述d轴电流给定，如函数(2)所示

11.如权利要求9所述的瞬时转矩直接控制方法，其特征在于，所述估算的磁链通过以下方式获得：

其中，

其中，x表示电动机真实的磁链，表示所述估算的磁链，g为增益矩阵；rs表示电动机的相电阻，ωr表示电机转速，ld表示d轴电感，lq表示q轴电感，k为所述磁链观测器系统极点相对电机极点的倍数。

12.如权利要求11所述的瞬时转矩直接控制方法，其特征在于，通过配置k，使得(a-gc)的特征根在负半轴平面，令收敛到真实的x。

13.如权利要求9所述的瞬时转矩直接控制方法，其特征在于，所述反馈转矩te根据如下公式计算出：

其中，np为电动机的极对数。

14.如权利要求9所述的瞬时转矩直接控制方法，其特征在于，所述dq轴的电压给定(ud,uq)由滑模控制器通过以下方式获得：

其中，所述滑模控制器选取状态变量为：

滑模面方程为：

其中，cte和cid为线性系数，只要令cte和cid大于0，那么滑模面就是稳定的，同时还可以消除稳态误差；

用指数趋近律进行控制率设计，dq轴的电压给定(ud,uq)按下式(9)计算：

其中：

其中，ε1、ε2、k1、k2为控制参数，ψf表示永磁体磁链，rs表示电动机的相电阻，id和iq为电机的dq轴电流，ωr表示电机转速，ld表示d轴电感，lq表示q轴电感，控制参数ε1、ε2、k1、k2选取范围如下：

其中，|nq(t)|max和|nd(t)|max分别为dq轴上的预设的最大扰动量，ψf表示永磁体磁链。rs表示电动机的相电阻，ωr表示电机转速，ld表示d轴电感，lq表示q轴电感，k为所述磁链观测器系统极点相对电机极点的倍数。

15.如权利要求14所述的瞬时转矩直接控制方法，其特征在于，所述控制参数ε1和ε2、k1和k2为可调节的，以满足电动机的转矩动态响应要求，并减小转矩脉动。

16.如权利要求9所述的瞬时转矩直接控制方法，其特征在于，所述瞬时转矩直接控制方法适用于所有类型的永磁同步电机。