一種無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和控制方法，系統(tǒng)包括光電編碼器、定子電流和端電壓檢測電路、轉(zhuǎn)速計算器、轉(zhuǎn)速誤差比較器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、磁鏈觀測器、磁鏈誤差比較器、磁鏈滯環(huán)比較器、轉(zhuǎn)矩觀測器、轉(zhuǎn)矩誤差比較器、轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器、PWM控制器和三相橋式逆變電路。光電編碼器采集電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息計算出實(shí)際轉(zhuǎn)速，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息以及參考轉(zhuǎn)矩，計算定子磁鏈給定值，采集定子三相電流和端電壓來計算實(shí)際電磁轉(zhuǎn)矩和實(shí)際定子磁鏈，PWM控制器根據(jù)轉(zhuǎn)矩誤差和磁鏈誤差，產(chǎn)生電壓矢量，通過電壓矢量驅(qū)動逆變電路，實(shí)現(xiàn)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。本發(fā)明不需要實(shí)時計算磁鏈，簡化系統(tǒng)程序，提高控制效率。
【專利說明】
-種無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于無刷直流電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及了一種無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩 控制系統(tǒng)和控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無刷直流電機(jī)是一種在傳統(tǒng)直流電機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型直流電機(jī)，具有控制 簡單、效率高、動態(tài)響應(yīng)好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。目前，無刷直流電機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)從最初的軍事 工業(yè)，向航空航天、信息、生產(chǎn)、醫(yī)療W及工業(yè)自動化領(lǐng)域迅速發(fā)展。
[0003] 直接轉(zhuǎn)矩控制是一種高性能的電機(jī)調(diào)速技術(shù)，它擬棄了矢量控制的解禪控制思 想，利用電機(jī)轉(zhuǎn)矩磁鏈的直接閉環(huán)來獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)和優(yōu)良的控制性能，并且在感應(yīng) 電機(jī)和永磁同步電動機(jī)上已獲得成功，近年來直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)開始應(yīng)用于無刷直流電 機(jī)。
[0004] 常用的無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法是定子磁鏈、電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，當(dāng) 無刷直流電機(jī)在二二導(dǎo)通方式下運(yùn)行，由于關(guān)斷相的存在，定子磁鏈運(yùn)動軌跡為圓銀齒形， 定子磁鏈給定是一個變量，因此電機(jī)定子磁鏈的給定是直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的關(guān)鍵所在。公 開號為CN 101702607A的中國專利申請將轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁鏈給定和定子電樞反應(yīng)磁鏈給定兩部 分分別設(shè)定，再將運(yùn)兩部分通過矢量合成法得到定子磁鏈?zhǔn)噶?，求出給定值，該方法需要實(shí) 時計算磁鏈，運(yùn)樣會使系統(tǒng)變得復(fù)雜，將不利于工程實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述【背景技術(shù)】提出的技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供一種無刷直流電機(jī)直接 轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和控制方法，不需要實(shí)時計算磁鏈，簡化系統(tǒng)程序，提高控制效率。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0007] -種無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，包括光電編碼器、定子電流和端電壓檢測 電路、轉(zhuǎn)速計算器、轉(zhuǎn)速誤差比較器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、磁鏈觀測器、磁鏈誤差比較器、磁鏈滯環(huán) 比較器、轉(zhuǎn)矩觀測器、轉(zhuǎn)矩誤差比較器、轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器、PWM控制器和=相橋式逆變電路， 所述光電編碼器安裝在無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，用于采集轉(zhuǎn)子的位置信息，光電編碼器的 輸出端連接轉(zhuǎn)速計算器的輸入端，轉(zhuǎn)速誤差比較器的負(fù)輸入端連接轉(zhuǎn)速比較器的輸出端， 轉(zhuǎn)速誤差比較器的正輸入端輸入?yún)⒖嫁D(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速誤差比較器的輸出端連接轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸 入端，所述定子電流和端電壓檢測電路的輸入端連接在無刷直流電機(jī)的母線上，定子電流 和端電壓檢測電路的輸出端分別連接磁鏈觀測器、轉(zhuǎn)矩觀測器的輸入端，轉(zhuǎn)矩誤差比較器 的負(fù)輸入端連接轉(zhuǎn)矩觀測器的輸出端，轉(zhuǎn)矩誤差比較器的正輸入端連接轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出 端，轉(zhuǎn)矩誤差比較器的輸出端連接轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的輸入端，磁鏈誤差比較器的負(fù)輸入端 連接磁鏈觀測器的輸出端，磁鏈誤差比較器的正輸入端輸入磁鏈給定值，磁鏈誤差比較器 的輸出端連接磁鏈滯環(huán)比較器的輸入端，所述PWM控制器的輸入端分別連接轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換比較 器、磁鏈滯環(huán)比較器的輸出端，PWM控制器的輸出端連接=相橋式逆變電路中6個開關(guān)管的 口極，從而控制=相橋式逆變電路向無刷直流電機(jī)輸出交流電信號。
[000引進(jìn)一步地，所述速度調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器。
[0009] 進(jìn)一步地，所述S相橋式逆變電路中的6個開關(guān)管均為IGBT。
[0010] 進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)速計算器、轉(zhuǎn)速誤差比較器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、磁鏈觀測器、磁鏈誤差 比較器、磁鏈滯環(huán)比較器、轉(zhuǎn)矩觀測器、轉(zhuǎn)矩誤差比較器、轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器、PWM控制器集成 在一片DSP處理器上。
[0011] 進(jìn)一步地，所述DSP處理器的型號為DSP28335。
[0012] -種無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，包括W下步驟：
[0013] (1)利用光電編碼器采集電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息計算出實(shí)際轉(zhuǎn) 速；
[0014] (2)參考轉(zhuǎn)速減去實(shí)際轉(zhuǎn)速得到轉(zhuǎn)速誤差，轉(zhuǎn)速誤差通過速度調(diào)節(jié)器得到參考轉(zhuǎn) 矩；
[0015] (3)根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息W及參考轉(zhuǎn)矩，計算定子磁鏈給定值；
[0016] (4)采集定子=相電流和端電壓，根據(jù)定子=相電流值和端電壓計算實(shí)際電磁轉(zhuǎn) 矩和實(shí)際定子磁鏈.
[0017] (5)參考轉(zhuǎn)矩減去實(shí)際電磁轉(zhuǎn)矩得到轉(zhuǎn)矩誤差，將轉(zhuǎn)矩誤差輸入轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器， 將轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的輸出值傳送給PWM控制器；
[0018] (6)定子磁鏈給定值減去實(shí)際定子磁鏈得到磁鏈誤差，將磁鏈誤差輸入磁鏈滯環(huán) 比較器，將磁鏈滯環(huán)比較器的輸出值傳送給PWM控制器；
[0019] (7)PWM控制器根據(jù)輸入信號確定電壓矢量，根據(jù)電壓矢量控帶巨相橋式逆變電路 各個開關(guān)管的導(dǎo)通狀態(tài)，從而使無刷直流電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。
[0020] 進(jìn)一步地，步驟(3)的具體過程如下：
[0021 ] (a)定子磁鏈給定值4是電樞反應(yīng)磁鏈恥和轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁鏈恥的矢量和，將電樞反應(yīng) 磁鏈柏和轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁鏈如投影到a/e兩相靜止坐標(biāo)系，然后分別將兩軸的分量相加，得到a、e 軸分量私、化：
[0022] 私=柏。+如。
[0023] 化=柏葉1])邊
[0024] 上式中，恥a、恥e分別為電樞反應(yīng)磁鏈恥在a、0軸的投影，恥a、如6分別為轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁 鏈如在a、0軸的投影；
[0025] (b)首先，利用下式計算出定子電流給定值：
[0026]
[0027]上式中，Te*為參考轉(zhuǎn)矩，kt為轉(zhuǎn)矩系數(shù)；
[002引接著，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息得到定子；相電流給定值13心、1。，將13心、1。通過(：1曰'1^ 變換投影到a/e兩相靜止坐標(biāo)系：
[0029]
[0030] 然后，根據(jù)I Sa、I Se計算柏a、4址：
[0031] Itaa = LsIsa
[0032] ^p = Ls I 地
[0033] (C)由定子=相繞組反電動勢積分求出=相轉(zhuǎn)子磁鏈：
[0034] 如 3 = Jeadt
[0035] 如b = Jebdt
[0036] 如C = Jecdt
[0037] 然后，將立相轉(zhuǎn)子磁鏈進(jìn)行Clark變換，得至帖。、如e:
[00；3 引
[0039] (d)根據(jù)柏。、柏0、如。、如0計算出如、如，然后根據(jù)如、粗求出定子磁鏈給定值：
[0040]
[0041] (J) * = a;r Ctan (如/化）
[0042] 上式中，|4|為定子磁鏈給定值的幅值，定子磁鏈給定值的幅角。
[0043] 進(jìn)一步地，在步驟(5)中，轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的輸出值T如下式所示：
[0044]
[0045] 上式中，A化為輸入轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的轉(zhuǎn)矩誤差，A T為設(shè)定的轉(zhuǎn)矩誤差闊值。
[0046] 進(jìn)一步地，在步驟(6)中，磁鏈滯環(huán)比較的輸出值n如下式所示：
[0047]
[004引上式中，A托為輸入磁鏈滯環(huán)比較器的磁鏈誤差，為設(shè)定的磁鏈誤差闊值；
[0049] 進(jìn)一步地，步驟(7)的具體過程如下：
[0050] PWM控制器根據(jù)輸入的T和n，選擇相應(yīng)的電壓矢量，電壓矢量在電機(jī)定子上產(chǎn)生六 邊形磁鏈，從而控制電機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行：
[0化1]當(dāng) 1 = 1，且 Tl=I 時，
[0052] 若磁鏈位于第I扇區(qū)，即定子磁鏈幅角d) ￡[330,360)&[0,30)，則輸出電壓矢量 VI，
[0053] 若磁鏈位于第II扇區(qū)，即定子磁鏈幅角4)￡[30,90)，則輸出電壓矢量￥2，
[0054] 若磁鏈位于第HI扇區(qū)，即定子磁鏈幅角4)￡[90，150)，則輸出電壓矢量￥3，
[0055] 若磁鏈位于第IV扇區(qū)，即定子磁鏈幅角d) e[150,210)，則輸出電壓矢量V4，
[0056] 若磁鏈位于第V扇區(qū)，即定子磁鏈幅角4)￡[210,270)，則輸出電壓矢量￥5，
[0057] 若磁鏈位于第VI扇區(qū)，即定子磁鏈幅角d) e[270,330)，則輸出電壓矢量V6;
[0化引 當(dāng)1 = 1，且Tl = O時，
[0059]若磁鏈位于第I扇區(qū)，則輸出電壓矢量V2，
[0060]若磁鏈位于第II扇區(qū)，則輸出電壓矢量V3，
[0061 ]若磁鏈位于第HI扇區(qū)，則輸出電壓矢量V4，
[0062] 若磁鏈位于第IV扇區(qū)，則輸出電壓矢量V5，
[0063] 若磁鏈位于第V扇區(qū)，則輸出電壓矢量V6，
[0064] 若磁鏈位于第VI扇區(qū)，則輸出電壓矢量Vl，
[00化]當(dāng) 1 = 1，且 Ti = -I 時，
[0066] 若磁鏈位于第I扇區(qū)，則輸出電壓矢量V3，
[0067] 若磁鏈位于第II扇區(qū)，則輸出電壓矢量V4，
[0068] 若磁鏈位于第HI扇區(qū)，則輸出電壓矢量V5，
[0069] 若磁鏈位于第IV扇區(qū)，則輸出電壓矢量V6，
[0070] 若磁鏈位于第V扇區(qū)，則輸出電壓矢量VI，
[0071 ]若磁鏈位于第VI扇區(qū)，則輸出電壓矢量V2，
[0072] 當(dāng) T = O,且 Ti=I 時，
[0073] 若磁鏈位于第I扇區(qū)，則輸出電壓矢量Vl，
[0074] 若磁鏈位于第II扇區(qū)，則輸出電壓矢量V2，
[0075] 若磁鏈位于第HI扇區(qū)，則輸出電壓矢量V3，
[0076] 若磁鏈位于第IV扇區(qū)，則輸出電壓矢量V4，
[0077] 若磁鏈位于第V扇區(qū)，則輸出電壓矢量V5，
[0078] 若磁鏈位于第VI扇區(qū)，則輸出電壓矢量V6;
[0079] 當(dāng) 1 = 0,且 n = -l 時，
[0080] 若磁鏈位于第I扇區(qū)，則輸出電壓矢量V3，
[0081 ]若磁鏈位于第II扇區(qū)，則輸出電壓矢量V4，
[0082] 若磁鏈位于第HI扇區(qū)，則輸出電壓矢量V5，
[0083] 若磁鏈位于第IV扇區(qū)，則輸出電壓矢量V6，
[0084] 若磁鏈位于第V扇區(qū)，則輸出電壓矢量VI，
[0085] 若磁鏈位于第VI扇區(qū)，則輸出電壓矢量V2;
[0086] 當(dāng) T = O,且 q = 〇 時，
[0087] 無論磁鏈位于哪個扇區(qū)，均輸出電壓矢量VO;
[0088] 電壓矢量VO對應(yīng)的=相橋式逆變電路開關(guān)管的狀態(tài):關(guān)斷所有開關(guān)管，
[0089] 電壓矢量Vl對應(yīng)的=相橋式逆變電路開關(guān)管的狀態(tài):a相橋臂的上開關(guān)管W及C相 橋臂的下開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷，
[0090] 電壓矢量V2對應(yīng)的=相橋式逆變電路開關(guān)管的狀態(tài):b相橋臂的上開關(guān)管W及C相 橋臂的下開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷，
[0091] 電壓矢量V3對應(yīng)的=相橋式逆變電路開關(guān)管的狀態(tài):a相橋臂的下開關(guān)管W及b相 橋臂的上開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷，
[0092] 電壓矢量V4對應(yīng)的S相橋式逆變電路開關(guān)管的狀態(tài):a相橋臂的下開關(guān)管W及C相 橋臂的上開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷，
[0093] 電壓矢量V5對應(yīng)的=相橋式逆變電路開關(guān)管的狀態(tài):b相橋臂的下開關(guān)管W及C相 橋臂的上開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷，
[0094]電壓矢量V6對應(yīng)的=相橋式逆變電路開關(guān)管的狀態(tài):a相橋臂的上開關(guān)管W及b相 橋臂的下開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷。
[00M]采用上述技術(shù)方案帶來的有益效果：
[0096] (1)由于無刷直流電機(jī)的非正弦性，電樞磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈的的夾角時刻在變化，本 發(fā)明利用坐標(biāo)變換合成磁場矢量，不需要實(shí)時計算，只要事先離線計算定子電流給定值和 轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁鏈，再查表就可W得到相關(guān)數(shù)據(jù)，有利于工程實(shí)現(xiàn)，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率；
[0097] (2)本發(fā)明采用轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制，改善了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)矩開環(huán)控制方法精度低、抗 干擾能力差等問題。
【附圖說明】
[0098] 圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0099] 圖2是本發(fā)明中轉(zhuǎn)子位置與S相反電動勢的關(guān)系示意圖；
[0100] 圖3是本發(fā)明中電壓矢量構(gòu)成的六邊形磁鏈?zhǔn)疽鈭D；
[0101 ]圖4是本發(fā)明中S相橋式逆變電路的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0102] W下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0103] 如圖1所示，一種無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，包括光電編碼器、定子電流和 端電壓檢測電路、轉(zhuǎn)速計算器、轉(zhuǎn)速誤差比較器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、磁鏈觀測器、磁鏈誤差比較 器、磁鏈滯環(huán)比較器、轉(zhuǎn)矩觀測器、轉(zhuǎn)矩誤差比較器、轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器、PWM控制器和=相橋 式逆變電路，所述光電編碼器安裝在無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，用于采集轉(zhuǎn)子的位置信息，光 電編碼器的輸出端連接轉(zhuǎn)速計算器的輸入端，轉(zhuǎn)速誤差比較器的負(fù)輸入端連接轉(zhuǎn)速比較器 的輸出端，轉(zhuǎn)速誤差比較器的正輸入端輸入?yún)⒖嫁D(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速誤差比較器的輸出端連接轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié)器的輸入端，所述定子電流和端電壓檢測電路的輸入端連接在無刷直流電機(jī)的母線 上，定子電流和端電壓檢測電路的輸出端分別連接磁鏈觀測器、轉(zhuǎn)矩觀測器的輸入端，轉(zhuǎn)矩 誤差比較器的負(fù)輸入端連接轉(zhuǎn)矩觀測器的輸出端，轉(zhuǎn)矩誤差比較器的正輸入端連接轉(zhuǎn)速調(diào) 節(jié)器的輸出端，轉(zhuǎn)矩誤差比較器的輸出端連接轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的輸入端，磁鏈誤差比較器 的負(fù)輸入端連接磁鏈觀測器的輸出端，磁鏈誤差比較器的正輸入端輸入磁鏈給定值，磁鏈 誤差比較器的輸出端連接磁鏈滯環(huán)比較器的輸入端，所述PWM控制器的輸入端分別連接轉(zhuǎn) 矩轉(zhuǎn)換比較器、磁鏈滯環(huán)比較器的輸出端，PWM控制器的輸出端連接=相橋式逆變電路中6 個開關(guān)管的口極，從而控制=相橋式逆變電路向無刷直流電機(jī)輸出交流電信號。
[0104] 在本實(shí)施例中，速度調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器。=相橋式逆變電路中的6個開關(guān)管均為 IGBT。轉(zhuǎn)速計算器、轉(zhuǎn)速誤差比較器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、磁鏈觀測器、磁鏈誤差比較器、磁鏈滯環(huán) 比較器、轉(zhuǎn)矩觀測器、轉(zhuǎn)矩誤差比較器、轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器、PWM控制器集成在一片DSP處理器 上，DSP處理器的型號為DSP28335。
[0105] 本發(fā)明還包括一種無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，包括W下步驟：
[0106] 步驟1:利用光電編碼器采集電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息計算出實(shí)際 轉(zhuǎn)速。
[0107] 步驟2:參考轉(zhuǎn)速減去實(shí)際轉(zhuǎn)速得到轉(zhuǎn)速誤差，轉(zhuǎn)速誤差通過速度調(diào)節(jié)器得到參考 轉(zhuǎn)矩。
[0108] 步驟3:根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息W及參考轉(zhuǎn)矩，計算定子磁鏈給定值。
[0109] 定子磁鏈給定值4是電樞反應(yīng)磁鏈柏和轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁鏈如的矢量和，將電樞反應(yīng)磁鏈 柏和轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁鏈如投影到a/e兩相靜止坐標(biāo)系，然后分別將兩軸的分量相加，得到a、巧由分 量私、化：
[0110]
[0111]
[0112] 上式中，恥a、恥e分別為電樞反應(yīng)磁鏈恥在a、0軸的投影，恥a、如6分別為轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁 鏈如在a、0軸的投影。
[0113] 首先，利用下式計算出定子電流給定值：
[0114]
[0115] 上式中，Te*為參考轉(zhuǎn)矩，kt為轉(zhuǎn)矩系數(shù)。
[0116] 接著，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息得到定子=相電流給定值13、16、1。，轉(zhuǎn)子位置信息與定子 =相電流給定值的關(guān)系如表1所示
[0117] 表1 [011 引
[0119] 胳1。、^、1。誦討。19尸1^巧搶巧影到(1/0兩相靜止坐標(biāo)系；
[0120]
[01別]然后，根據(jù)15。、帖計算43。、4址：
[0122]
[0123]
[0124] ，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息求出定子=相繞組反電動勢63、6^6。，由定子= 相繞組， 出=相轉(zhuǎn)子磁鏈：
[0125]
[0126]
[0127]
[012引然后，將立相轉(zhuǎn)子磁鏈進(jìn)行Clark變換，得到如。、恥e:
[0129]
[0130] (d)根據(jù)柏。、柏6、如。、如6計算出如、如，然后根據(jù)如、粗求出定子磁鏈給定值：
[0131]
[0132]
[0133] 上式中，|4|為定子磁鏈給定值的幅值，定子磁鏈給定值的幅角。
[0134] 由于定子電流分量IsaJsP和轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁鏈分量恥〇、恥0都只和轉(zhuǎn)子位置信息有 關(guān)，因此事先離線計算制作成表格，電機(jī)運(yùn)行時不需要實(shí)時計算，只要通過查表就可W求出 定子磁鏈的給定值。
[0135] 步驟4:采集定子=相電流和端電壓，根據(jù)定子=相電流值和端電壓計算實(shí)際電磁 轉(zhuǎn)矩和實(shí)際定子磁鏈，計算公式如下：
[0136]
[0137] 上式中，CO為轉(zhuǎn)子角速度，ia、ib、i。為定子S相繞組電流。
[013 引
[0139] 上式中，恥。、扣6為定子磁鏈在兩相靜止坐標(biāo)系上的的分量，Usa、Use為定子端電壓 CLA服變換后在兩相靜止坐標(biāo)系上的分量，isa、ise為定子立相電流LARK變換后在兩相靜止 坐標(biāo)系上的分量，私為定子繞組電阻。
[0140] 實(shí)際定子磁鏈幅值、幅角為：
[0141]
[0142] 步驟5:參考轉(zhuǎn)矩減去實(shí)際電磁轉(zhuǎn)矩得到轉(zhuǎn)矩誤差，將轉(zhuǎn)矩誤差輸入轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較 器，將轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的輸出值傳送給PWM控制器。
[0143] 轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的輸出值T如下式所示：
[0144]
[0145] 上式中，A化為輸入轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的轉(zhuǎn)矩誤差，A T為設(shè)定的轉(zhuǎn)矩誤差闊值。
[0146] 步驟:6:定子磁鏈給定值減去實(shí)際定子磁鏈得到磁鏈誤差，將磁鏈誤差輸入磁鏈 滯環(huán)比較器，將磁鏈滯環(huán)比較器的輸出值傳送給PWM控制器。
[0147] 磁鏈滯環(huán)比較的輸出值n如下式所示：
[014 引
[0149] 上式中，A托為輸入磁鏈滯環(huán)比較器的磁鏈誤差，為設(shè)定的磁鏈誤差闊值。
[0150] 步驟7:pmi控制器根據(jù)輸入信號確定電壓矢量，根據(jù)電壓矢量控制=相橋式逆變 電路各個開關(guān)管的導(dǎo)通狀態(tài)，從而使無刷直流電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。
[0151] PWM控制器根據(jù)輸入的T和II，選擇相應(yīng)的電壓矢量，如圖3所示，電壓矢量在電機(jī)定 子上產(chǎn)生六邊形磁鏈，根據(jù)電壓矢量確定圖4所示=相橋式逆變電路各個開關(guān)管的導(dǎo)通狀 態(tài)，電壓矢量的選擇如表2所示：
[0152]表2 [01531
[
[0155] 電壓矢量VO(OOOOOO)對應(yīng)的S相橋式逆變電路開關(guān)管的狀態(tài):關(guān)斷所有開關(guān)管。 電壓矢量VI(1000 OI)對應(yīng)的=相橋式逆變電路開關(guān)管的狀態(tài):a相橋臂的上開關(guān)管W及C相 橋臂的下開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷。電壓矢量V2(001001)對應(yīng)的S相橋式逆變電路開 關(guān)管的狀態(tài):b相橋臂的上開關(guān)管W及C相橋臂的下開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷。電壓矢量 V3(011000)對應(yīng)的=相橋式逆變電路開關(guān)管的狀態(tài):a相橋臂的下開關(guān)管W及b相橋臂的上 開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷。電壓矢量V4(010010)對應(yīng)的S相橋式逆變電路開關(guān)管的狀 態(tài)：a相橋臂的下開關(guān)管W及C相橋臂的上開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷。電壓矢量V5 (OOOllO)對應(yīng)的=相橋式逆變電路開關(guān)管的狀態(tài):b相橋臂的下開關(guān)管W及C相橋臂的上開 關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷。電壓矢量Ve(IOOiOO)對應(yīng)的=相橋式逆變電路開關(guān)管的狀態(tài)： a相橋臂的上開關(guān)管W及b相橋臂的下開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷。
[0156] W上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能W此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是 按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍 之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，其特征在于:包括光電編碼器、定子電流和端 電壓檢測電路、轉(zhuǎn)速計算器、轉(zhuǎn)速誤差比較器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、磁鏈觀測器、磁鏈誤差比較器、 磁鏈滯環(huán)比較器、轉(zhuǎn)矩觀測器、轉(zhuǎn)矩誤差比較器、轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器、PWM控制器和Ξ相橋式逆 變電路，所述光電編碼器安裝在無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，用于采集轉(zhuǎn)子的位置信息，光電編 碼器的輸出端連接轉(zhuǎn)速計算器的輸入端，轉(zhuǎn)速誤差比較器的負(fù)輸入端連接轉(zhuǎn)速比較器的輸 出端，轉(zhuǎn)速誤差比較器的正輸入端輸入?yún)⒖嫁D(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速誤差比較器的輸出端連接轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 器的輸入端，所述定子電流和端電壓檢測電路的輸入端連接在無刷直流電機(jī)的母線上，定 子電流和端電壓檢測電路的輸出端分別連接磁鏈觀測器、轉(zhuǎn)矩觀測器的輸入端，轉(zhuǎn)矩誤差 比較器的負(fù)輸入端連接轉(zhuǎn)矩觀測器的輸出端，轉(zhuǎn)矩誤差比較器的正輸入端連接轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 的輸出端，轉(zhuǎn)矩誤差比較器的輸出端連接轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的輸入端，磁鏈誤差比較器的負(fù) 輸入端連接磁鏈觀測器的輸出端，磁鏈誤差比較器的正輸入端輸入磁鏈給定值，磁鏈誤差 比較器的輸出端連接磁鏈滯環(huán)比較器的輸入端，所述PWM控制器的輸入端分別連接轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn) 換比較器、磁鏈滯環(huán)比較器的輸出端，pmi控制器的輸出端連接Ξ相橋式逆變電路中6個開 關(guān)管的口極，從而控制Ξ相橋式逆變電路向無刷直流電機(jī)輸出交流電信號。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，其特征在于:所述速度調(diào) 節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，其特征在于:所述Ξ相橋 式逆變電路中的6個開關(guān)管均為IGBT。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)速計 算器、轉(zhuǎn)速誤差比較器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、磁鏈觀測器、磁鏈誤差比較器、磁鏈滯環(huán)比較器、轉(zhuǎn)矩 觀測器、轉(zhuǎn)矩誤差比較器、轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器、PWM控制器集成在一片DSP處理器上。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，其特征在于:所述DSP處 理器的型號為DSP28335。6. -種無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，包括W下步驟： (1) 利用光電編碼器采集電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息計算出實(shí)際轉(zhuǎn)速； (2) 參考轉(zhuǎn)速減去實(shí)際轉(zhuǎn)速得到轉(zhuǎn)速誤差，轉(zhuǎn)速誤差通過速度調(diào)節(jié)器得到參考轉(zhuǎn)矩； (3) 根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息W及參考轉(zhuǎn)矩，計算定子磁鏈給定值； (4) 采集定子Ξ相電流和端電壓，根據(jù)定子Ξ相電流值和端電壓計算實(shí)際電磁轉(zhuǎn)矩和 實(shí)際定子磁鏈； (5) 參考轉(zhuǎn)矩減去實(shí)際電磁轉(zhuǎn)矩得到轉(zhuǎn)矩誤差，將轉(zhuǎn)矩誤差輸入轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器，將轉(zhuǎn) 矩滯環(huán)比較器的輸出值傳送給PWM控制器； (6) 定子磁鏈給定值減去實(shí)際定子磁鏈得到磁鏈誤差，將磁鏈誤差輸入磁鏈滯環(huán)比較 器，將磁鏈滯環(huán)比較器的輸出值傳送給PWM控制器； (7) PWM控制器根據(jù)輸入信號確定電壓矢量，根據(jù)電壓矢量控制Ξ相橋式逆變電路各個 開關(guān)管的導(dǎo)通狀態(tài)，從而使無刷直流電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，步驟(3)的 具體過程如下： (a)定子磁鏈給定值Φ是電樞反應(yīng)磁鏈恥和轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁鏈恥的矢量和，將電樞反應(yīng)磁鏈 柏和轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁鏈如投影到α/β兩相靜止坐標(biāo)系，然后分別將兩軸的分量相加，得到α、β軸分 量私、化：上式中，柏。、4af!分別為電樞反應(yīng)磁鏈柏在α、β軸的投景多，如α、4邊分別為轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁鏈如在 α、β軸的投影； (b)首先，利用下式計算出定子電流給定值：上式中，Te*為參考轉(zhuǎn)矩，kt為轉(zhuǎn)矩系數(shù)； 接著，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息得到定子；相電流給定值13、16、1。，將13、16、1。通過(：13'1^變換 投影到α/β兩相靜止坐標(biāo)系：然后，根據(jù)I sa、I se計算柏。、柏0: 4aa 二 Lsisa Φ址二 Lsisp (C)由定子Ξ相繞組反電動勢積分求出Ξ相轉(zhuǎn)子磁鏈： 電ra二 Jeadt 4rb 二 Jebdt 4rc 二 Jecdt 然后，將立相轉(zhuǎn)子磁鏈進(jìn)行Clark變換，得到如α、如e:(d )根據(jù)柏。、柏￡!、如。、相計算出φα、如，然后根據(jù)φα、如求出定子磁鏈給定值： Φ * = arctan(4a/如）上式中，IΦI為定子磁鏈給定值的幅值，Φ ^3定子磁鏈給定值的幅角。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述一種無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于:在步驟(5) 中，轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的輸出值τ如下式所示：上式中，ATe為輸入轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的轉(zhuǎn)矩誤差，ΔΤ為設(shè)定的轉(zhuǎn)矩誤差闊值。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述一種無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于:在步驟(6) 中，磁鏈滯環(huán)比較的輸出值η如下式所示：上式中，Δ托為輸入磁鏈滯環(huán)比較器的磁鏈誤差，Δ φ為設(shè)定的磁鏈誤差闊值。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，步驟(7)的 具體過程如下： PWM控制器根據(jù)輸入的τ和II，選擇相應(yīng)的電壓矢量，電壓矢量在電機(jī)定子上產(chǎn)生六邊形 磁鏈，從而控制電機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行： 當(dāng)τ = 1，且11=1時， 若磁鏈位于第I扇區(qū)，即定子磁鏈幅角Φ e [330,360化[0,30)，則輸出電壓矢量VI， 若磁鏈位于第II扇區(qū)，即定子磁鏈幅角Φ E [30，90)，則輸出電壓矢量V2， 若磁鏈位于第ΠΙ扇區(qū)，即定子磁鏈幅角Φ e [90，150)，則輸出電壓矢量V3， 若磁鏈位于第IV扇區(qū)，即定子磁鏈幅角ΦΕ [150,210)，則輸出電壓矢量V4， 若磁鏈位于第V扇區(qū)，即定子磁鏈幅角ΦΕ [210,270)，則輸出電壓矢量V5， 若磁鏈位于第VI扇區(qū)，即定子磁鏈幅角Φ e [270,330)，則輸出電壓矢量V6; 當(dāng)τ = 1，且11 = 0時， 若磁鏈位于第I扇區(qū)，則輸出電壓矢量V2， 若磁鏈位于第II扇區(qū)，則輸出電壓矢量V3， 若磁鏈位于第ΠI扇區(qū)，則輸出電壓矢量V4， 若磁鏈位于第IV扇區(qū)，則輸出電壓矢量V5， 若磁鏈位于第V扇區(qū)，則輸出電壓矢量V6， 若磁鏈位于第VI扇區(qū)，則輸出電壓矢量VI， 當(dāng)τ = 1，且η = -1時， 若磁鏈位于第I扇區(qū)，則輸出電壓矢量V3， 若磁鏈位于第II扇區(qū)，則輸出電壓矢量V4， 若磁鏈位于第ΠI扇區(qū)，則輸出電壓矢量V5， 若磁鏈位于第IV扇區(qū)，則輸出電壓矢量V6， 若磁鏈位于第V扇區(qū)，則輸出電壓矢量VI， 若磁鏈位于第VI扇區(qū)，則輸出電壓矢量V2， 當(dāng)τ = 〇,且11=1時， 若磁鏈位于第I扇區(qū)，則輸出電壓矢量VI， 若磁鏈位于第II扇區(qū)，則輸出電壓矢量V2， 若磁鏈位于第ΠI扇區(qū)，則輸出電壓矢量V3， 若磁鏈位于第IV扇區(qū)，則輸出電壓矢量V4， 若磁鏈位于第V扇區(qū)，則輸出電壓矢量V5， 若磁鏈位于第VI扇區(qū)，則輸出電壓矢量V6; 當(dāng)τ = 〇,且η = -1時， 若磁鏈位于第I扇區(qū)，則輸出電壓矢量V3， 若磁鏈位于第II扇區(qū)，則輸出電壓矢量V4， 若磁鏈位于第π I扇區(qū)，則輸出電壓矢量V5， 若磁鏈位于第IV扇區(qū)，則輸出電壓矢量V6， 若磁鏈位于第V扇區(qū)，則輸出電壓矢量VI， 若磁鏈位于第VI扇區(qū)，則輸出電壓矢量V2; 當(dāng)τ = 0,且11 = 0時， 無論磁鏈位于哪個扇區(qū)，均輸出電壓矢量V0; 電壓矢量V0對應(yīng)的=相橋式逆變電路開關(guān)管的狀態(tài):關(guān)斷所有開關(guān)管， 電壓矢量VI對應(yīng)的=相橋式逆變電路開關(guān)管的狀態(tài):a相橋臂的上開關(guān)管W及C相橋臂 的下開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷， 電壓矢量V2對應(yīng)的Ξ相橋式逆變電路開關(guān)管的狀態(tài):b相橋臂的上開關(guān)管W及C相橋臂 的下開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷， 電壓矢量V3對應(yīng)的Ξ相橋式逆變電路開關(guān)管的狀態(tài):a相橋臂的下開關(guān)管W及b相橋臂 的上開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷， 電壓矢量V4對應(yīng)的Ξ相橋式逆變電路開關(guān)管的狀態(tài):a相橋臂的下開關(guān)管W及C相橋臂 的上開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷， 電壓矢量V5對應(yīng)的Ξ相橋式逆變電路開關(guān)管的狀態(tài):b相橋臂的下開關(guān)管W及C相橋臂 的上開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷， 電壓矢量V6對應(yīng)的Ξ相橋式逆變電路開關(guān)管的狀態(tài):a相橋臂的上開關(guān)管W及b相橋臂 的下開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)斷。
【文檔編號】H02P21/30GK105846745SQ201610341837
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】余莉, 孫加偉, 芮元棟, 劉銳, 劉德
【申請人】南京信息工程大學(xué)