一種提高電機轉矩性能的直接轉矩控制系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電機的直接轉矩控制技術領域，涉及一種提高電機轉矩性能的直接轉 矩控制系統及方法。
【背景技術】
[0002] 直接轉矩控制(DTC)技術在發展過程中不斷地進行優化和提高，但還沒有完善，目 前對該理論的研究仍然較多。它摒棄了矢量控制中解耦的思想，根據定子磁鏈的位置、定子 磁鏈和轉矩的誤差，采用滯環比較器和開關邏輯表，直接生成作用于電機的定子電壓矢量， 驅動電機運行。具有對電機模型參數依賴程度小的優點，已成為交流傳動的新熱點，但它的 缺點是磁鏈控制不對稱、電流和轉矩脈動較大等。為了克服傳統DTC的缺點，已提出了很多 方法，Lascu C等提出空間矢量調制（SVW)技術、J. -K.Kang和S. -K. Sul提出轉矩脈動最小化 方法、L. R0MERAL和A. ARIAS等提出模糊邏輯自適應方法、吳曉東和南余榮提出在一個周期 使轉矩平均與參考值逼近的方法，但這些方法的算法較復雜，依賴多項電機參數。目前的直 接轉矩控制方法，當考慮定子電阻壓降的影響時，其區間選擇不精確，定子磁鏈處于區段線 附近時控制性能變差，但是沒有考慮轉矩增加的前提條件及磁鏈變化的臨界條件，且轉矩 脈動雖有減小卻不是很理想，因此不能準確有效的對電機進行控制。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種提高電機轉矩性能的直 接轉矩控制系統及方法，該系統及方法能夠準確有效的對電機進行控制。
[0004]為達到上述目的，本發明所述的提高電機轉矩性能的直接轉矩控制系統包括轉矩 調節器、磁鏈調節器、轉速調節器、扇區判斷模塊、電壓矢量選擇表生成模塊、驅動信號生成 系統、占空比計算模塊、用于獲取電機定子磁鏈信息的磁鏈觀測器、用于獲取電機電磁轉矩 信息的轉矩觀測器、以及用于獲取電機輸出軸轉速的轉速觀測器；
[0005] 轉速觀測器的輸出端與轉速調節器的輸入端相連接，轉矩觀測器的輸出端及轉速 調節器的輸出端與轉矩調節器的輸入端相連接，磁鏈觀測器的輸出端與扇區判斷模塊的輸 入端、磁鏈調節器的輸入端及占空比計算模塊的輸入端相連接，轉矩調節器的輸出端、扇區 判斷模塊的輸出端及磁鏈調節器的輸出端均與電壓矢量選擇表生成模塊的輸入端相連接， 占空比計算模塊的輸出端及電壓矢量選擇表生成模塊的輸出端均與驅動信號生成系統的 輸入端相連接，驅動信號生成系統的輸出端與電機的控制端相連接。
[0006] 本發明所述的提高電機轉矩性能的直接轉矩控制方法包括以下步驟：
[0007] 轉速觀測器獲取電機輸出軸的轉速信息，并將所述轉速信息轉發至轉速調節器 中，轉速調節器根據所述轉速信息及預設轉速值得給定轉矩值，并將所述給定轉矩值轉發 至轉矩調節器中，轉矩觀測器獲取電機的電磁轉矩信息，并將所述電磁轉矩信息轉發至轉 矩調節器中，轉矩調節器根據所述電磁轉矩信息及給定轉矩值生成轉矩控制信號，并將所 述轉矩控制信號轉發至電壓矢量選擇表生成模塊中；
[0008] 磁鏈觀測器獲取電機的定子磁鏈信息，并將所述定子磁鏈信息轉發至扇區判斷模 塊、占空比計算模塊及磁鏈調節器中，扇區判斷模塊根據所述定子磁鏈信息判斷磁鏈所在 扇區，并將得到的磁鏈所在扇區轉發至電壓矢量選擇表生成模塊中，占空比計算模塊將所 述定子磁鏈信息與預設的給定磁鏈幅值進行作差運算，并根據作差運算的結果及計算得到 的最佳轉矩誤差值得轉矩脈動最小時的占空比值，然后將轉矩脈動最小時的占空比值轉發 至驅動信號生成系統中，磁鏈調節器將所述定子磁鏈信息與預設磁鏈幅值得磁鏈控制信 號，并磁鏈控制信號轉發至電壓矢量選擇表生成模塊中，電壓矢量選擇表生成模塊根據所 述磁鏈控制信號、轉矩控制信號及磁鏈所在扇區生成門信號，并將所述門信號轉發至驅動 信號生成系統中，驅動信號生成系統根據所述門信號及轉矩脈動最小時的占空比值得驅動 信號，并將所述驅動信號轉發至電機的控制端，從而實現對電機轉矩性能的直接轉矩控制。
[0009] 磁鏈觀測器采用定子磁鏈的u_i模型檢測定子電壓及定子電流，然后根據定子電 壓及定子電流得定子磁鏈信息。
[0010] 轉速調節器根據所述轉速信息及預設轉速值進行PID運算，得給定轉矩值。
[0011]磁鏈調節器將所述定子磁鏈信息與預設磁鏈幅值進行作差運算，并根據作差運算 的結果生成磁鏈控制信號。
[0012] 磁鏈控制信號的值為0或1，轉矩控制信號的值為0或1。
[0013] 扇區判斷模塊根據定子磁鏈信息將定子磁鏈投影到α-β坐標系下，并根據定子磁 鏈在α-β坐標系下投影值的正負確定磁鏈所在扇區。
[0014] 本發明具有以下有益效果：
[0015] 本發明所述的提高電機轉矩性能的直接轉矩控制系統及方法在操作時，轉速調節 器根據檢測的轉速信息與預設轉速值得給定轉矩值，轉矩調節器根據給定轉矩值及檢測得 到的電磁轉矩信息生成轉矩控制信號，通過分析電壓矢量對轉矩的影響，從而充分考慮轉 矩增加的前提條件；另外，占空比計算模塊根據給定磁鏈幅值及檢測得到的定子磁鏈信息 得到磁鏈控制信號，通過分析電壓矢量對磁鏈的影響，從而充分考慮磁鏈變化的臨界條件， 進而優化了電壓矢量選擇表生成模塊，占空比計算模塊根據所述定子磁鏈信息得轉矩脈動 最小時的占空比值，從而得出恰當的電壓矢量作用時間，進而提高對電機控制的準確性，加 快系統響應的同時減小轉矩和電流脈動。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發明的結構示意圖。
[0017] 其中，1為電機、2為轉速調節器、3為轉矩觀測器、4為磁鏈觀測器、5為轉矩調節器、 6為磁鏈調節器、7為扇區判斷模塊、8為電壓矢量選擇表生成模塊、9為驅動信號生成系統、 10為占空比計算模塊。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：
[0019] 參考圖1，本發明所述的提高電機轉矩性能的直接轉矩控制系統包括轉矩調節器 5、磁鏈調節器6、轉速調節器2、扇區判斷模塊7、電壓矢量選擇表生成模塊8、驅動信號生成 系統9、占空比計算模塊10、用于獲取電機1定子磁鏈信息的磁鏈觀測器4、用于獲取電機1電 磁轉矩信息的轉矩觀測器3、以及用于獲取電機1輸出軸轉速的轉速觀測器;轉速觀測器的 輸出端與轉速調節器2的輸入端相連接，轉矩觀測器3的輸出端及轉速調節器2的輸出端與 轉矩調節器5的輸入端相連接，磁鏈觀測器4的輸出端與扇區判斷模塊7的輸入端、磁鏈調節 器6的輸入端及占空比計算模塊10的輸入端相連接，轉矩調節器5的輸出端、扇區判斷模塊7 的輸出端及磁鏈調節器6的輸出端均與電壓矢量選擇表生成模塊8的輸入端相連接，占空比 計算模塊10的輸出端及電壓矢量選擇表生成模塊8的輸出端均與驅動信號生成系統9的輸 入端相連接，驅動信號生成系統9的輸出端與電機1的控制端相連接。
[0020] 本發明所述的提高電機轉矩性能的直接轉矩控制方法包括以下步驟：
[0021] 轉速觀測器獲取電機1輸出軸的轉速信息，并將所述轉速信息轉發至轉速調節器2 中，轉速調節器2根據所述轉速信息及預設轉速值得給定轉矩值，并將所述給定轉矩值轉發 至轉矩調節器5中，轉矩觀測器3獲取電機1的電磁轉矩信息，并將所述電磁轉矩信息轉發至 轉矩調節器5中，轉矩調節器5根據所述電磁轉矩信息及給定轉矩值生成轉矩控制信號，并 將所述轉矩控制信號轉發至電壓矢量選擇表生成模塊8中；
[0022] 磁鏈觀測器4獲取電機1的定子磁鏈信息，并將所述定子磁鏈信息轉發至扇區判斷 模塊7、占空比計算模塊10及磁鏈調節器6中，扇區判斷模塊7根據所述定子磁鏈信息判斷磁 鏈所在扇區，并將得到的磁鏈所在扇區轉發至電壓矢量選擇表生成模塊8中，占空比計算模 塊10將所述定子磁鏈信息與預設的給定磁鏈幅值進行作差運算，并根據作差運算的結果及 計算得到的最佳轉矩誤差值得轉矩脈動最小時的占空比值，然后將轉矩脈動最小時的占空 比值轉發至驅動信號生成系統9中，磁鏈調節器6將所述定子磁鏈信息與預設磁鏈幅值得磁 鏈控制信號，并磁鏈控