專利名稱：自適應(yīng)反推控制的永磁同步電機dtc系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交流電機傳動技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自適應(yīng)反推控制的永磁同步電機DTC系統(tǒng)，還涉及這種系統(tǒng)的控制方法。
背景技術(shù)：
直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)技術(shù)，是繼矢量控制技術(shù)之后發(fā)展起來的一種高性能的交流電機調(diào)速控制策略，目前，該控制方式也已應(yīng)用到永磁同步電機(PMSM)上。與矢量控制相t匕，直接轉(zhuǎn)矩控制具有控制方式簡單、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速、除定子電阻外不依賴于電機其它參數(shù)、便于實現(xiàn)全數(shù)字化的優(yōu)點。但在直接轉(zhuǎn)矩控制中，由于采用了磁鏈滯環(huán)控制器和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器，同時只在六個基本電壓矢量中選擇電壓矢量進行控制，因此存在著轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動大，逆變器開關(guān)頻率不恒定等缺點，電機低速運行時尤為明顯。針對該問題，典型的解決方法是采用PI控制器取代磁鏈和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器，同時采用空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)合成任意方向和大小的電壓矢量，但是PI控制器的引入造成了電機參數(shù)擾動、負載變化敏感且魯棒性差的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種自適應(yīng)反推控制的永磁同步電機DTC系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的電機參數(shù)擾動、負載變化敏感且魯棒性差的問題。本發(fā)明的另一個目的在于提供上述自適應(yīng)反推控制的永磁同步電機DTC系統(tǒng)的控制方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種自適應(yīng)反推控制的永磁同步電機DTC系統(tǒng)，包括逆變器，逆變器與信號檢測電路、永磁同步電機相連接，永磁同步電機與信號檢測電路、處理器相連接，信號檢測電路與處理器相連接，處理器與逆變器相連接；逆變器輸出三相交流電給永磁同步電機，永磁同步電機的電流信號輸出到信號檢測電路，永磁同步電機的轉(zhuǎn)速脈沖信號輸出到處理器，信號檢測電路的電流信號輸出到處理器，處理器輸出開關(guān)信號到逆變器。本發(fā)明的特點還在于處理器包括與信號檢測電路相連接的靜止電流分量計算模塊，靜止電流分量計算模塊同時與磁鏈轉(zhuǎn)矩計算模塊、旋轉(zhuǎn)電流分量計算模塊和參數(shù)自適應(yīng)計算模塊相連接；磁鏈轉(zhuǎn)矩計算模塊連接參數(shù)自適應(yīng)計算模塊，進而連接磁鏈轉(zhuǎn)矩反推控制模塊；速度反推控制模塊計算出給定轉(zhuǎn)矩后，輸入磁鏈轉(zhuǎn)矩反推控制模塊和參數(shù)自適應(yīng)計算模塊；旋轉(zhuǎn)電流分量計算模塊依次連接反電動勢計算模塊和磁鏈轉(zhuǎn)矩反推控制模塊，磁鏈轉(zhuǎn)矩反推控制模塊與空間矢量調(diào)制模塊相連接后輸出開關(guān)信號給逆變器。本發(fā)明的另一個目的是這樣實現(xiàn)的，上述自適應(yīng)反推控制的永磁同步電機DTC系統(tǒng)的控制方法，利用自適應(yīng)反推控制理論，采用速度反推控制器和磁鏈轉(zhuǎn)矩自適應(yīng)反推控制器，用于產(chǎn)生電壓在靜止坐標系上的分量，并結(jié)合空間矢量調(diào)制方法產(chǎn)生適當(dāng)?shù)哪孀兤鏖_關(guān)信號，進而控制永磁同步電機。具體為信號檢測電路檢測出永磁同步電機的兩相電流，送入處理器中的靜止電流分量計算模塊，靜止電流分量計算模塊計算出電流的靜止分量，并輸出至磁鏈轉(zhuǎn)矩計算模塊、旋轉(zhuǎn)電流分量計算模塊和參數(shù)自適應(yīng)計算模塊，磁鏈轉(zhuǎn)矩計算模塊計算出電機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩；處理器中給定電機的轉(zhuǎn)速，求出其與電機實際轉(zhuǎn)速的誤差后，輸出至速度反推控制模塊，速度反推控制模塊產(chǎn)生給定轉(zhuǎn)矩，與實際轉(zhuǎn)矩作差后輸入至磁鏈轉(zhuǎn)矩反推控制模塊，同時給定磁鏈與實際磁鏈的誤差也輸入至磁鏈轉(zhuǎn)矩反推控制模塊；旋轉(zhuǎn)電流分量計算模塊將靜止電流分量轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)電流分量，并輸入至反電動勢計算模塊，反電動勢計算模塊計算電機的反電動勢，并輸入至磁鏈轉(zhuǎn)矩反推控制模塊。參數(shù)自適應(yīng)計算模塊產(chǎn)生電機參數(shù)的自適應(yīng)律，并輸出至磁鏈轉(zhuǎn)矩反推控制模塊，磁鏈轉(zhuǎn)矩反推控制模塊產(chǎn)生電壓的靜止分量，并輸出至空間矢量調(diào)制模塊；空間矢量調(diào)制模塊產(chǎn)生逆變器需要的開關(guān)狀態(tài)，輸出至逆變器，從而控制電機運行。具體步驟如下步驟1、轉(zhuǎn)速給定值(和磁鏈給定值Ψ W作為給定信號給處理器，同時信號檢測電路檢測出永磁同步電機的a、b相定子電流ia、ib和永磁同步電機的實際轉(zhuǎn)速ω P傳輸給處
理器；步驟2、處理器根據(jù)步驟I得到的永磁同步電機轉(zhuǎn)速給定值<、磁鏈給定值r.:、永磁同步電機的a、b相定子電流ia、ib和永磁同步電機的實際轉(zhuǎn)速ωρ實現(xiàn)控制算法，輸出相應(yīng)的控制信號給逆變器，從而使永磁同步電機3的實際轉(zhuǎn)速跟蹤上給定轉(zhuǎn)速。上述的控制算法具體包括以下步驟(I)通過信號檢測電`路檢測永磁同步電機a、b相定子電流ia和ib輸入至處理器，即為靜止電流分量計算模塊的輸入信號，在靜止電流分量計算模塊中將定子電流ia、ib進行坐標變換得到電流在α β坐標`系下的電流分量ia和ie，將電流分量ia和ie送至磁鏈轉(zhuǎn)矩計算模塊、旋轉(zhuǎn)電流分量計算模塊和參數(shù)自適應(yīng)計算模塊；具體算法如下
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)反推控制的永磁同步電機DTC系統(tǒng)，其特征在于，包括逆變器(1)，逆變器(I)與信號檢測電路(2)、永磁同步電機(3)相連接，永磁同步電機(3)與信號檢測電路(2)、處理器(4)相連接，信號檢測電路(2)與處理器(4)相連接，處理器(4)與逆變器(I)相連接；逆變器(I)輸出三相交流電給永磁同步電機(3);永磁同步電機(3)的電流信號輸出到信號檢測電路(2)，永磁同步電機(3)的轉(zhuǎn)速脈沖信號輸出到處理器(4)，信號檢測電路(2)的電流信號到處理器(4)，處理器(4)輸出的開關(guān)信號到逆變器(I)。
2.如權(quán)力要求I所述的自適應(yīng)反推控制的永磁同步電機DTC系統(tǒng)，其特征在于，處理器(4)包括與信號檢測電路(2)相連接的靜止電流分量計算模塊5，靜止電流分量計算模塊(5 )同時與磁鏈轉(zhuǎn)矩計算模塊(6 )、旋轉(zhuǎn)電流分量計算模塊(9 )和參數(shù)自適應(yīng)計算模塊(11)相連接；磁鏈轉(zhuǎn)矩計算模塊(6 )連接參數(shù)自適應(yīng)計算模塊(11)，進而連接磁鏈轉(zhuǎn)矩反推控制模塊(8);速度反推控制模塊(7)計算出給定轉(zhuǎn)矩后，輸入磁鏈轉(zhuǎn)矩反推控制模塊(8)和參數(shù)自適應(yīng)計算模塊(11);旋轉(zhuǎn)電流分量計算模塊(9 )依次連接反電動勢計算模塊(10 )和磁鏈轉(zhuǎn)矩反推控制模塊(8)，磁鏈轉(zhuǎn)矩反推控制模塊(8)與空間矢量調(diào)制模塊(12)相連接后輸出開關(guān)信號給逆變器(I)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的自適應(yīng)反推控制的永磁同步電機DTC系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，利用自適應(yīng)反推控制理論，采用速度反推控制器和磁鏈轉(zhuǎn)矩自適應(yīng)反推控制器，用于產(chǎn)生電壓在靜止坐標系上的分量，并結(jié)合空間矢量調(diào)制方法產(chǎn)生適當(dāng)?shù)哪孀兤鏖_關(guān)信號，進而控制永磁同步電機。
4.如權(quán)利要求3所述的自適應(yīng)反推控制的永磁同步電機DTC系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，具體為信號檢測電路(2)檢測出永磁同步電機(3)的兩相電流，送入處理器(4)中的靜止電流分量計算模塊(5)，靜止電流分量計算模塊(5)計算出電流的靜止分量，并輸出至磁鏈轉(zhuǎn)矩計算模塊(6)、旋轉(zhuǎn)電流分量計算模塊(9)和參數(shù)自適應(yīng)計算模塊(II)，磁鏈轉(zhuǎn)矩計算模塊(6)計算出電機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩；處理器(4)中給定電機的轉(zhuǎn)速，求出其與電機實際轉(zhuǎn)速的誤差后，輸出至速度反推控制模塊(7)，速度反推控制模塊(7)產(chǎn)生給定轉(zhuǎn)矩，與實際轉(zhuǎn)矩作差后輸入至磁鏈轉(zhuǎn)矩反推控制模塊(8)，同時給定磁鏈與實際磁鏈的誤差也輸入至磁鏈轉(zhuǎn)矩反推控制模塊(8 );旋轉(zhuǎn)電流分量計算模塊(9 )將靜止電流分量轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)電流分量，并輸入至反電動勢計算模塊(10)，反電動勢計算模塊(10)計算電機的反電動勢，并輸入至磁鏈轉(zhuǎn)矩反推控制模塊(8 );參數(shù)自適應(yīng)計算模塊(11)產(chǎn)生電機參數(shù)的自適應(yīng)律，并輸出至磁鏈轉(zhuǎn)矩反推控制模塊(8)，磁鏈轉(zhuǎn)矩反推控制模塊(8)產(chǎn)生電壓的靜止分量，并輸出至空間矢量調(diào)制模塊(12);空間矢量調(diào)制模塊(12)產(chǎn)生逆變器需要的開關(guān)狀態(tài)，輸出至逆變器(I)，從而控制電機運行。
5.如權(quán)利要求3或4所述的自適應(yīng)反推控制的永磁同步電機DTC系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，具體步驟如下步驟1、轉(zhuǎn)速給定值<和磁鏈給定值<作為給定信號給處理器(4)，同時信號檢測電路(2)檢測出永磁同步電機(3)的a、b相定子電流ia、ib和永磁同步電機(3)的實際轉(zhuǎn)速傳輸給處理器(4);步驟2、處理器(4)根據(jù)步驟I得到的永磁同步電機(3)轉(zhuǎn)速給定值<、磁鏈給定值<、永磁同步電機(3)的a、b相定子電流ia、ib和永磁同步電機(3)的實際轉(zhuǎn)速實現(xiàn)控制算法，輸出相應(yīng)的控制信號給逆變器(1)，從而使永磁同步電機(3)的實際轉(zhuǎn)速跟蹤上給定轉(zhuǎn)速。
6.如權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)反推控制的永磁同步電機DTC系統(tǒng)的控制方法，所述的控制算法具體包括以下步驟(I)通過信號檢測電路(2)檢測永磁同步電機a、b相定子電流1和ib輸入至處理器(4)，即為靜止電流分量計算模塊(5)的輸入信號，在靜止電流分量計算模塊(5)中將定子電流ia、ib進行坐標變換得到電流在α β坐標系下的電流分量ia和％，將電流分量ia和i 0送至磁鏈轉(zhuǎn)矩計算模塊(6 )、旋轉(zhuǎn)電流分量計算模塊(9 )和參數(shù)自適應(yīng)計算模塊(11);具體算法如下
7.如權(quán)利要求6所述的自適應(yīng)反推控制的永磁同步電機DTC系統(tǒng)的控制方法，其特征在于用開關(guān)狀態(tài)表示的逆變器輸出空間電壓矢量為Ui (Sa SbSc)，分別為U1 (100)、u2(110)、U3(OlO)、U4(Oll)、U5(OOl)、U6(IOl)和 2 個零矢量 uQ(000)，U7(Ill);在一個空間矢量調(diào)制周期Ts內(nèi)電壓矢量uN、uN+1和零矢量Ud、U7作用順序如下U0 作用 T0/4 — uN 作用 Τν/2 — uN+1 作用 Tn+1/2 — U7 作用 T0/2 — uN+1 作用 TN+1/2 — uN 作用Tn/2 — U0作用L/4 ;根據(jù)基本電壓矢量與逆變器三相開關(guān)信號之間的對應(yīng)關(guān)系，確定出逆變器所需的三相開關(guān)控制信號Sa、Sb和Sc。
全文摘要
自適應(yīng)反推控制的永磁同步電機DTC系統(tǒng)，包括逆變器，逆變器與信號檢測電路、永磁同步電機相連接，永磁同步電機與信號檢測電路、處理器相連接，信號檢測電路與處理器相連接，處理器與逆變器相連接；逆變器輸出三相交流電給永磁同步電機，永磁同步電機的電流信號輸出到信號檢測電路，永磁同步電機的轉(zhuǎn)速脈沖信號輸出到處理器，信號檢測電路的電流信號輸出到處理器，處理器輸出開關(guān)信號到逆變器。其控制方法為利用自適應(yīng)反推控制理論，采用速度反推控制器和磁鏈轉(zhuǎn)矩自適應(yīng)反推控制器，用于產(chǎn)生電壓在靜止坐標系上的分量，并結(jié)合空間矢量調(diào)制方法產(chǎn)生適當(dāng)?shù)哪孀兤鏖_關(guān)信號，進而控制永磁同步電機。
文檔編號H02P21/00GK103036496SQ201210532599
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者徐艷平, 樊永波, 楊惠 申請人:西安理工大學(xué)