一种圆形与六边形直接转矩控制的切换方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电机控制技术领域，特别是指一种圆形与六边形直接转矩控制的切换 方法。
【背景技术】
[0002] 直接转矩控制是1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授提出的新型电机控制方 案，直接转矩控制具有结构简单、转矩响应快和鲁棒性强等优点。目前直接转矩控制根据磁 链轨迹通常可分为六边形磁链控制和圆形磁链控制。六边形磁链控制表现为一个控制周期 内改变6次开关状态，在大功率牵引中，能有效减少开关损耗，因此六边形磁链控制在高速 状态下，定子磁链模型能满足比较精确的控制需求。圆形磁链控制表现为一个控制周期内 输出的电压矢量数很多，使得磁链轨迹尽量接近圆形，这种控制策略可以有效减少定子电 流谐波含量；但是开关器件的开关频率过高，在大功率牵引领域中的应用受到限制。
[0003] 由于直接转矩控制存在必然存在转矩脉动，所以出现了以抑制转矩脉动为目的的 分段式直接转矩控制策略。具体为：在低速时采用圆形磁链控制，获得较小的转矩脉动；在 高速时采用六边形磁链控制，减小开关次数，降低损耗。这种将两种控制策略结合起来的 方法可以在全速范围内获得较好的输出转矩。由低速到高速的切换条件的判断，目前较好 的策略是采用速度和磁链双重判据，即速度达到给定值并且磁链也达到给定值时才进行切 换。但现有切换条件的判断并不全面，无法保证在所有情况下都能成功切换，即可能出现切 换失败的情况，而且切换过程中仍会出现较大的转矩脉动。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提出一种圆形与六边形直接转矩控制的切换方法， 既能完成圆形与六边形直接转矩控制的有效切换，而且进一步减小了切换过程中电机的转 矩脉动。
[0005] 基于上述目的本发明提供的圆形与六边形直接转矩控制的切换方法包括：
[0006] 将电机当前的转速与设定的切换转速进行比较，判断转速是否满足切换条件；若 不满足则返回初始状态重新判断，若满足则继续判断；
[0007] 通过电机定子三相电压幅值和电流幅值，计算得到磁链幅值和磁链相角；通过磁 链相角对磁链扇区进行划分，并且判断所述磁链幅值和所述磁链相角是否满足切换条件； 若至少有一个不满足，则返回初始状态重新判断；若两个都满足则继续判断；
[0008] 通过磁链扇区分布以及当前的开关信号，判断电压矢量是否满足切换条件；若不 满足，则返回初始状态重新判断；若满足则进行圆形磁链控制与六边形磁链控制的切换，即 封锁圆形磁链控制器，启动六边形磁链控制器。
[0009] 可选的，所述电机转速的判断方法为：
[0010] 当ω > 〇^时，表示满足切换条件，
[0011] 其中ω为电机当前转速，ωΝ为设定的切换转速，由此根据不同的切换需求，选择 合适的切换速度。
[0012] 可选的，所述电机转速采用容差的方式进行判断，具体判断方法为：
[0013] 当ω > ωΝ+δ时，表示满足切换条件，
[0014] 其中，δ为设定的容差转速。
[0015] 可选的，所述切换速度为电机额定速度的30%。
[0016] 可选的，所述计算磁链幅值和磁链相角的方法具体为三相-两相变换的方法，其 计算公式为：
t
[0021] 利用上述结果和定子电阻值计算得到α-β坐标系的定子磁链值。
[0024] 利用α - β坐标系的定子磁链值，计算得到磁链幅值和磁链相角。
[0027] 其中，UsaUsbUs。分别为定子三相电压幅值，i s丄bis。分别为定子三相电流幅值， UsaUsfi分别为α-β坐标系的定子电压幅值，isais{!分别为α-β坐标系的定子电流幅值， 札为定子电阻值，Φ sa 分别为α-β坐标系的a相和β相定子磁链值，φ 3为磁链幅 值，Θ ^为磁链相角。
[0028] 可选的，所述磁链扇区的划分方法为：
[0029] 若0彡Θ ^sC π/3,定子磁链位于Tl扇区，即s = Tl ;
[0030] 若π /3彡Θ is< 2 π /3时，定子磁链位于T2扇区，即s = T2 ;
[0031] 若2 π /3彡Θ is< π时，定子磁链位于T3扇区，即s = T3 ;
[0032] 若：π彡Θ &< 4 π/3时，定子磁链位于T4扇区，即s = T4 ;
[0033] 若4 π /3彡Θ is< 5 π /3时，定子磁链位于Τ5扇区，即s = Τ5 ;
[0034] 若5 π /3彡Θ is< 2 π时，定子磁链位于T6扇区，即s = T6。
[0035] 可选的，所述磁链幅值的判断方法为：
[0036] 当I I tltehl I彡I ε ^ I时，所述磁链幅值满足切换条件；
[0037] 其中，Itswlteh为设定的切换磁链幅值，ε φ为磁链幅值容差。
[0038] 可选的，所述磁链相角的判断方法为：
[0039] 当I Θ is- Θ isswiteh|彡I ε θ I时，所述磁链相角满足切换条件；
[0040] 其中， θ &"teh为设定的切换磁链相角，
ε e为磁链相角容差。
[0041] 可选的，通过磁链扇区分布以及当前的开关信号gi，i = 1 2 3 4 5 6，gi = 1，表 示该开关管开通，gi = 〇表示该开关管关断；判断电压矢量G(gl、g2、g3、g4、g5、g6)是否 满足切换条件；判断方法为：
[0042] 若s = T1，当G = (011001)时满足电压矢量切换条件；
[0043] 若s = T2,当G = (011010)时满足电压矢量切换条件；
[0044] 若s = T3,当G = (010110)时满足电压矢量切换条件；
[0045] 若s = T4,当G = (100110)时满足电压矢量切换条件；
[0046] 若s = T5,当G = (100101)时满足电压矢量切换条件；
[0047] 若s = T6,当G = (101001)时满足电压矢量切换条件。
[0048] 从上面所述可以看出，本发明提供的圆形与六边形直接转矩控制的切换方法不仅 能有效保证圆形磁链控制与六边形磁链控制的顺利切换，而且减小了速度和转矩的脉动， 同时对定子电流波形的影响极小，也不会对器件耐压和同流能力造成额外的负担。
【附图说明】
[0049] 图1为本发明提供的圆形与六边形直接转矩控制的切换方法的流程图；
[0050] 图2为本发明提供的圆形与六边形直接转矩控制的切换方法的系统原理图；
[0051] 图3为本发明提供的圆形与六边形直接转矩控制的切换方法的磁链扇区的分布 示意图。
【具体实施方式】
[0052] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。
[0053] 参照图1所示，为本发明提供的圆形与六边形直接转矩控制的切换方法的流程 图。所述圆形与六边形直接转矩控制的切换方法，包括：
[0054] 将电机当前的转速与设定的切换转速进行比较，判断转速是否满足切换条件；若 不满足则返回初始状态重新判断，若满足则继续判断；
[0055] 通过电机定子三相电压幅值和电流幅值，计算得到磁链幅值和磁链相角；通过磁 链相角对磁链扇区进行划分，并且判断所述磁链幅值和所述磁链相角是否满足切换条件； 若至少有一个不满足，则返回初始状态重新判断；若两个都满足则继续判断；
[0056] 通过磁链扇区分布以及当前的开关信号，判断电压矢量是否满足切换条件；若不 满足，则返回初始状态重新判断；若满足则进行圆形磁链控制与六边形磁链控制的切换，即 封锁圆形磁链控制器，启动六边形磁链控制器。
[0057] 所述磁链幅值和所述磁链相角的判断顺序可以相互调换，而且根据实际的切换状 况，所述转速、所述电压矢量、所述磁链幅值和所述磁链相角均能相应调整，只需保证切换 时，所述转速、所述电压矢量、所述磁链幅值和所述磁链相角均满足切换条件。
[0058] 由上述实施例可知，所述圆形与六边形直接转矩控制的切换方法通过控制切换时 的转速大小、磁链幅值大小、磁链相角大小和圆形磁链控制器输出的电压矢量能够既保证 磁链控制规则的顺利切换又可以控制电机的转矩脉动。
[0059] 在一些可选的实施例中，所述电机转速的判断方法为：当ω > ω N时，表示转速满 足切换条件，其中ω为电机当前转速，ωΝ为设定的切换转速。这样，可以根据不同的切换 需求，选择合适的切换速度，大大提高了所述圆形与六边形直接转矩控制的切换方法对不 同工况的适应性。
[0060] 优选的，所述切换速度为额定速度的30%，即当采集的电机转速高于额定速度的 30%时，则转速满足切换条件。所述切换速度既能保证电机低速时通过圆形磁链控制具有 较小的转矩脉动，又使得电机升速时可以及时切换到六边形磁链控制，降低损耗。
[0061] 进一步，所述电机转速采用容差的方式进行判断，根据电机运行状况设定合适的 容差转速，具体判断方法为：当ω > ωΝ+δ时，表示满足切换条件，其中，δ为设定的容差 转速。这样，不仅能避免震荡，而且所述转速的判断能够保证当所述转速满足切换条件时， 在较短时间内所述转速不会低于所述切换速度，保证了进行其余判断时，转速满足切换条 件的有效性。
[0062] 优选的，所述容差转速取值为5。
[0063] 参照图2所示，为本发明提供的圆形与六边形直接转矩控制的切换方法的系统原 理图，所述计算磁链幅值和磁链相角的方法具体为三相-两相变换的方法，其计算公式为：
[0068] 利用上述结果和定子电阻值计算得到α-β坐标系的定子磁链值