绕组与控制绕组的电压电流信号；3/2变换器用于实现=相坐标系到转 子速旋转坐标系坐标转换;磁链观测器用于控制绕组磁链观测；转矩观测器用于电机转矩 观测；磁链PI控制器用于产生磁链控制电压矢量;转矩PI控制器用于产生转矩控制电压矢 量;空间电压矢量PWM发生器用于产生逆变器开关控制信号；增量编码器用于采集电机转子 转速。
[0032] 转矩控制按如下步骤进行：
[0033] 步骤一：根据给定转速nref与增量编码器测得的转子转速nr计算偏差后通过转速 PI调节器得到给定转矩Te_ref;
[0034] 步骤二:通过电压电流传感器采集=相坐标下的功率绕组、控制绕组电压电流化3、 Upb、Upc、ipa、ipb、ipc、Uca、Ucb、Ucc、ica、icb、icc,这些f曰亏与增里编石马器巧Ij得的转子转速Ilr经过 3/2坐柄变换后得到转子速旋转坐柄系下电压电流Uqp、Udp、iqp、idp、Uqc、Udc、iqc、idc、iqr和idr ;
[0035] 步骤S:由步骤二所得的功率绕组电流、控制绕组电流、转子电流iqp、idp、iqc、idc、 iqr和idr计算得到观测转矩Te,所述观测转矩Te由下式计算得到：
[0036] Te = pipMpr(iqpiclr-idpiqr)+PcMcr(iqcidr+idciqr)
[0037] 其中：Pp、Pc分别为功率绕组、控制绕组极对数;Mpr、Mcr分别为功率绕组、控制绕组 与转子绕组之间的互感；
[0038] 步骤四：对控制绕组电压电流进行坐标变换后得到aP静止坐标系下的电压电流 山。、11。6、1。。、1址，磁链观测器采用具有幅值反馈补偿的11-1积分模型进行计算，得到观测磁链 Wc;根据u-i观测模型，定子磁链在地静止坐标系下的分量和。、恥e分别为：
[0039] 恥=
[0040] I^cP = J (ucp-icpRc)dt [0041 ] 定子磁链幅值为
[0042]限幅器的输出表达式为：
[0044] 其中：Zl为限幅器输出;和。、和6分别为控制绕组磁链在静止坐标系下的邮分量;L为 限幅器幅值;I^c为控制绕组电阻。
[0045] 步骤五:观测磁链幅值恥与给定磁链幅值恥_ref比较后的磁链幅值偏差A恥经过磁 链PI控制器得到两相旋转坐标系下的磁链控制电压矢量UcM;磁链控制电压矢量UcM计算如 下：
[0047]其中:Kp4、Ki4、A 分别为磁链PI控制器比例系数、积分系数、磁链幅值偏差；
[004引观测转矩Te与给定转矩Te_ref比较后的偏差A Te经过转矩PI控制器得到两相旋转 坐标系下的转矩控制电压矢量UeT ;转矩控制矢量电压UeT计算如下：
[0050]其中：KpT、KiT、A Te、WC、恥分别为转矩PI控制器的比例系数、积分系数、转矩偏差、 控制绕组磁链转速和控制绕组磁链幅值。
[0051] 步骤六:对两相旋转坐标系下的控制电压矢量UcM、UcT进行坐标变换后得到地静止 坐标系下的电压矢量Uca和Uce,并将其作为空间电压矢量PWM发生器的输入电压，产生逆变 器的开关控制信号，并通过逆变器实现对无刷双馈电机的控制。
[0052] 采用本发明构成的无刷双馈电机控制系统仿真结果如图2~图6所示。电机参数如 下：功率绕组极对数为4，控制绕组极对数为1，功率绕组接220V/50HZ工频电源，电机参数： 功率绕组自感Lsp = 0.0 604H;控制绕组自感Lsc = 0.1307H;功率绕组与转子绕组互感Mpr = 0.0268H;控制绕组与转子绕组互感Mcr = O.0279H;功率绕组电阻Rp = O.401 Q ;控制绕组电 阻私=0.5009〇;转子绕组自感以=0.0184山转子绕组电阻也=7.53536-5〇;电机转动惯 量J = O.8kg ? m2;给定磁链幅值We_ref = 0.85师。仿真时给定转速为55化pm，给定转矩初始 值为0，t = 0.5s时转矩突变为30N ? m，逆变器开关频率设置为化化，磁链观测器滤波截止频 率设置为lOrad/s，限幅器幅值设置为0.85师。
[0053] 图2是本发明方法无刷双馈电机控制系统给定转速为55化pm(亚同步4Hz)的仿真 结果，表明本发明的可行性。图3和图4分别为无刷双馈电机直接转矩控制与改进直接转矩 控制方法给定转速为55化pm时控制绕组磁链轨迹，对比图3、图4可见本发明所采用方法控 制绕组磁链脉动明显变小，磁链轨迹更加平滑；图5和图6分别为无刷双馈电机直接转矩控 制与改进直接转矩控制方法给定转速为55化pm时的电磁转矩波形，对比图5、图6可见本发 明所采用方法转矩脉动明显减小；图7和图8分别为无刷双馈电机直接转矩控制与改进直接 转矩控制方法给定转速为55化pm时的控制绕组A相电流波形，对比图7、图8可见本发明所采 用方法控制绕组电流比较平滑，脉动较小。
[0054] 上述仿真结果表明本发明提出的无刷双馈电机控制方法的可行性，和直接转矩控 制系统相比，输出电磁转矩脉动明显降低，磁链轨迹更趋近于圆形，控制绕组电流谐波明显 减小，系统具有良好的动态和稳态性能。
【主权项】
1. 一种可减少转矩脉动的无刷双馈电机直接转矩控制方法，其特征是，所述方法在无 刷双馈电机控制系统中设置转速PI调节器、转矩PI控制器、磁链PI控制器、转矩观测器、磁 链观测器、3/2坐标变换器、ΜΤ/αβ坐标变换器、空间电压矢量PWM发生器、增量编码器和电压 电流传感器，在无刷双馈电机运行过程中，无刷双馈电机控制系统按如下方式运作： a. 给定转速nref与增量编码器测得的转子转速nr相减得到的偏差信号送入转速ΡΙ调节 器的输入端，转速PI调节器对该信号进行处理，得到给定转矩Te_ref; b. 电压电流传感器将采集到的Ξ相坐标下无刷双馈电机功率绕组的Ξ相电压Upa、Upb、 3/2坐标变换器的输入端，3/2坐标变换器根据转子转速nr对运些信号进行坐标变换，得到 转子速旋转坐标系下功率绕组电压的dq分量Uqp和Udp、功率绕组电流的dq分量iqp和idp、控制 绕组电压的dq分量Uqc和Udc、控制绕组电流的dq分量iqc和idc，W及转子电流的dq分量iqr和 idr ； C.转矩观测器利用转子速旋转坐标系下功率绕组电流的dq分量iqp和idp、控制绕组电流 的dq分量iqc和idc、转子电流的dq分量iqr和idr计算出观测转矩Te; d.对控制绕组电压电流进行坐标变换后得到的αβ静止坐标系下的电压Uca、Uce和电流 ica、ice，磁链观测器采用具有幅值反馈补偿的U-i积分模型进行计算，得到观测磁链Ψ。； e .观测磁链幅值恥与给定磁链幅值^_ref比较后的磁链幅值偏差Δ恥送入磁链PI控制 器，磁链PI控制器对该信号进行计算，得到两相旋转坐标系下的磁链控制电压矢量UcM; f .观测转矩Te与给定转矩Te_ref比较后的转矩偏差Δ Te送入转矩PI控制器，转矩PI控制 器对该信号进行计算，得到两相旋转坐标系下的转矩控制电压矢量U。。 g.两相旋转坐标系下的磁链控制电压矢量UeM和转矩控制电压矢量Uet由ΜΤ/αβ坐标变换 器转换成日0静止坐标系下的电压矢量Uca和Uce后送入空间电压矢量PWM发生器，空间电压矢 量PWM发生器对Uea和UgP进行处理，产生逆变器开关控制信号，与无刷双馈电机的控制绕组 相连的逆变器利用空间电压矢量PWM发生器输出的开关控制信号对无刷双馈电机进行控 制。2. 根据权利要求1所述的可减少转矩脉动的无刷双馈电机直接转矩控制方法，其特征 是，所述观测转矩Te由下式计算： Te - PpMpr ( i qp i dr-i dp i qr ) +PcMcr (iqcidr+idciqr) 其中：Pp、Pc分别为功率绕组、控制绕组极对数;Mpr、Mcr分别为功率绕组、控制绕组与转 子绕组之间的互感。3. 根据权利要求1或2所述的可减少转矩脉动的无刷双馈电机直接转矩控制方法，其特 征是，所述磁链控制电压矢量UcM由下式计算：其中:ΚρΦ、ΚιΦ分别为磁链PI控制器的比例系数和积分系数。4. 根据权利要求3所述的可减少转矩脉动的无刷双馈电机直接转矩控制方法，其特征 是，所述转矩控制矢量电压UeT由下式计算：其中：Kpτ、KlT、ΔTe、ω。、φ。分别为转矩PI控制器的比例系数、积分系数、转矩偏差、控制 绕组磁链转速和控制绕组磁链幅值。
【专利摘要】一种可减少转矩脉动的无刷双馈电机直接转矩控制方法，其技术方案是，在无刷双馈电机控制系统中设置转速PI调节器、转矩PI控制器、磁链PI控制器、转矩观测器、磁链观测器、3/2坐标变换器、MT/αβ坐标变换器、空间电压矢量PWM发生器、增量编码器和电压电流传感器，在无刷双馈电机运行过程中，逆变器采用空间矢量调制方法进行控制。本发明利用PI控制器代替传统直接转矩控制方法所采用的双滞环控制器，利用空间矢量调制技术代替电压开关表合成得到任意大小和方向的电压矢量，由仿真结果可以看出，该方法能有效补偿当前转矩和磁链误差，减小电机的转矩脉动。
【IPC分类】H02P21/20, H02P21/30, H02P27/12
【公开号】CN105577064
【申请号】CN201510956557
【发明人】李冰, 刘石
【申请人】华北电力大学（保定）
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月19日