專利名稱：：一種產(chǎn)生多邊形磁鏈軌跡的優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬交流電機領(lǐng)域，特別涉及交流電機直接轉(zhuǎn)矩控制電壓空間矢量中的產(chǎn)生多邊形磁鏈軌跡的優(yōu)化方法。技術(shù)背景近年來對直接轉(zhuǎn)矩控制的研究都是集中在對磁鏈和轉(zhuǎn)矩的觀測和控制改進方案上，傳統(tǒng)采用的磁鏈控制基本上建立在六邊形磁鏈軌跡和圓形磁鏈軌跡控制。六邊形磁鏈控制簡單易行，但是輸出相電壓諧波分量大，尤其是在低壓運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)矩的脈動較大，對控制系統(tǒng)影響很大，污染了電網(wǎng)。圓形磁鏈控制產(chǎn)生的相電壓諧波小，具有很好的動靜態(tài)性能，但是要求功率開關(guān)頻率較高，適用于低速運行場合，高速時存在功率損失大，常用的功率開關(guān)頻率達不到要求。近年來對直接轉(zhuǎn)矩控制中的磁鏈軌跡控制進行了很多優(yōu)化研究，比如文獻[l](J.A.Restrepo，J.C.Viola,etal.Afuzzy-PWMdirecttorquecontrolofinductionmachinesforcurrentlimitationandreducedtorqueripple,PowerElectronicsandApplications,2005EuropeanConferenceon11-14Sept.2005Page(s):8pp)。比較文獻[2](DanSUN,YikangHE,etal.Fuzzylogicdirecttorquecontrolforpermanentmagnetsynchronousmotors,IntelligentControlandAutomation,2004.WCICA2004.FifthWorldCongressonVolume5，15-19June2004Page(s):4401-4405Vol.5)釆用模糊控制對圓形磁鏈軌跡進行了優(yōu)化，該法可以得到優(yōu)化的圓形磁鏈軌跡，因此相電壓的諧波分量小，轉(zhuǎn)矩波動小，但它應(yīng)用了復(fù)雜的算法，也并沒有解決開關(guān)頻率過高的問題，也不適合應(yīng)用于高速變頻場合；又比如文獻[3](JoonHyoungRyu,KwangWonLee，etal.AunifiedfluxandtorquecontrolmethodforDTC-basedinduction-motordrives,PowerElectronics,IEEETransactionsonVolume21，Issue1，Jan.2006Page(s):234-242)提出的新型的參考轉(zhuǎn)子磁鏈來實現(xiàn)定子磁鏈軌跡控制用到了過多的參數(shù)，并且進行了大量的坐標變換，增加了控制的復(fù)雜性。
發(fā)明內(nèi)容所要解決的技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種對傳統(tǒng)正六邊形磁鏈軌跡進行細分的多邊形磁鏈軌跡優(yōu)化控制方法，以減少輸出相電壓的諧波成分，改善電機轉(zhuǎn)矩脈動，降低功率開關(guān)的開關(guān)功耗和頻率。技術(shù)方案本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種產(chǎn)生多邊形磁鏈軌跡的優(yōu)化控制方法，包括(1)對傳統(tǒng)正六邊形磁鏈軌跡進行細分，正六邊形的每邊沿著6種可能的方向擴展成5條邊，得到三十邊形磁鏈軌跡；(2)采用DSP的事件管理器實現(xiàn)三十邊形磁鏈軌跡的優(yōu)化控制。所述的DSP的事件管理器實現(xiàn)三十邊形磁鏈軌跡的優(yōu)化控制包括a)確定事件管理器的定時器周期值；b)根據(jù)實現(xiàn)三十邊形磁鏈軌跡需要的開關(guān)時序和定時器周期值來確定比較單元的三個比較寄存器值；C)每個扇區(qū)用2個比較輸出，且每個定時器周期內(nèi)只用一個比較輸出，每次需要的比較輸出由不同扇區(qū)來確定。所述的DSP的事件管理器采用TI公司的TMS2000系列DSP的事件管理器。有益效果本發(fā)明的有益效果是1.可以完全消除相電壓第5，7次諧波分量，高次諧波電壓則可以通過濾波器得到很好的抑制，因此可減小電機運轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)矩脈動。2.工作頻率可達到300Hz，使其可應(yīng)用到高速變頻場合。3.計算簡單，控制難度不高，且其直接從逆變器輸出端的相電壓分析入手，沒有過多用到電機相關(guān)模型參數(shù)，通用性較強。屈1為正六邊形磁鏈軌跡。圖2為三十邊形磁鏈軌跡。圖3為三十邊形磁鏈軌跡中相電壓主要諧波分量。圖4為三十邊形磁鏈軌跡控制P麗的DSP實現(xiàn)(扇區(qū)1的實現(xiàn)時序圖)。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。如圖1所示，在傳統(tǒng)的正六邊形磁鏈軌跡基礎(chǔ)上，三十邊形的磁鏈軌跡是把原來的六邊形每邊都沿著6種可能的方向擴展成5條邊。如圖2所示，圖中虛線為正六邊形軌跡，實線為三十邊形軌跡，由圖可以看出，三十邊形的電壓空間矢量作用順序為(依然以b點為起點，逆時針旋轉(zhuǎn))u1-u6-u1-u2-u1-u2-u1-u2-u3-u2-u3-u2-u3-u4-u3-u4-u3-u4-u5-u4-u5-u4-u5-u6-u5-u6-u5-u6-u1-u6。順序可以得到確定，以原六邊形中的一邊bc和三十邊形中對應(yīng)擴展出來的五邊ABi，^52，52c2，c2c;，qc為例(如圖2所示)，在bc邊作用的電壓依次為ui，u6，ui，u2，Ul，現(xiàn)設(shè)在這5段磁鏈轉(zhuǎn)過的角度依次為a，e-a，Ji/3-2e，e-a，a。因此，由電壓矢量(見表l)的作用得到C相相電壓的波形圖如圖3所示(因為波形為奇函數(shù)波形，閨3僅畫出半個周期內(nèi)的波形^表l、空間電壓矢量對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)，各相電壓，線電壓<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>對相電壓進行傅氏變化，可以得到相電壓的各次諧波幅值為:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>由上式可以看出，三十邊形的磁鏈軌跡控制產(chǎn)生的相電壓依然不存在偶數(shù)次的諧波分量，只有奇數(shù)次諧波，當n為奇數(shù)時，上式可以進一步化簡為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>當n為偶數(shù)且n為3的倍數(shù)時，An依然為0，所以三十邊形磁鏈軌跡控制產(chǎn)生的相電壓同前面分析的一樣，不存在偶數(shù)次和3的倍數(shù)次諧波。這里有2個待定的角度參數(shù)，根據(jù)這2個角度參數(shù)就可以消除2個諧波分量。例如，如果取(1=7.93°，0=13.75°，則可以消除第5，7次諧波分量，但是后面的ll，13次諧波分量偏大。這里如果取(1=14.7°，0=20°,則有表2所示的結(jié)果，雖然沒有消除諧波分量，但是主要諧波分量總和明顯減少。表2、三十邊形磁鏈軌跡中相電壓主要諧波分量<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從表中可以看出，多邊形變數(shù)越多，相電壓的低次諧波含量越小，但是其用DSP控制實現(xiàn)就越復(fù)雜。先在直接轉(zhuǎn)矩控制中定子磁鏈是通過磁鏈觀測器計算得出，而邊數(shù)越多就會增加觀測難度，更重要的是因為功率開關(guān)的限制，常用的功率開關(guān)器件IGBT的工作頻率為20k左右，以三十邊形磁鏈對功率開關(guān)的要求為研究，由表5可以看出，逆變器的功率開關(guān)要求最快能在磁鏈轉(zhuǎn)過5.3°時候開關(guān)一次，可以計算出三十邊形磁鏈軌跡的工作頻率為/<200=5.3=294.44壓，同理計算出四十二邊形磁鏈軌跡的工作頻率為/〈167//z，其逆變器的變頻范圍受到了很大的限制，不能用于高速變頻場合，而且DSP2000系列時間管理器不能實現(xiàn)。采用TI公司的TMS2000系列DSP的事件管理器模塊很容易實現(xiàn)三十邊形的磁鏈軌跡控制策略。以TMS320C2812為例說明實現(xiàn)如下。首先需要確定事件管理器的定時器周期值，計算如下。Sysclkout式中Sysclkout為DSP的cpu時鐘頻率；f為電機—-(TPS2~TPS0)X6x/X2x2的工作頻率；(TPS2TPS0)為定時器控制寄存器的第1(T8位，對CPU時鐘頻率進行分頻作為定時器的時鐘信號。根據(jù)上面分析的實現(xiàn)三十邊形磁鏈軌跡需要的開關(guān)時序和定時器周期值來確定比較單元的三個比較寄存器值，在每個扇區(qū)只用到2個比較輸出，且每個定時器周期內(nèi)只用到一個比較輸出，也就是說實現(xiàn)一個扇區(qū)的5段電壓時區(qū)需要2次定時器連續(xù)增/減計數(shù)，每次需要的比較輸出由不同扇區(qū)來確定，具體如下<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>第一次計數(shù)所用的比較寄存器比較值為:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>第二次計數(shù)所用的比較寄存器比較值為例如，在扇區(qū)1，就把CMT1賦值給CMPR3，等定時器計數(shù)下溢中斷后又把CMT2賦值給CMP2，如圖4所示。由DSP的實現(xiàn)過程可以看到，三十邊形的磁鏈軌跡控制開關(guān)頻率恒定，計算量小，實現(xiàn)非常簡單易行。權(quán)利要求1.一種產(chǎn)生多邊形磁鏈軌跡的優(yōu)化控制方法，包括(1)對傳統(tǒng)正六邊形磁鏈軌跡進行細分，傳統(tǒng)的磁鏈軌跡空間電壓矢量作用時序是U1-U2-U3-U4-U5-U6，現(xiàn)將正六邊形的每個作用時序在同樣的時間段內(nèi)細分成5個時序，具體方法是將原來的一個時間段內(nèi)作用一個電壓矢量改為同樣的時間段內(nèi)合理選擇3種電壓矢量作用5個時序，具體時序即原U1作用時序細分為U1-U6-U1-U2-U1；原U2作用時序細分為U2-U1-U2-U3-U2；原U3作用時序細分為U3-U2-U3-U4-U3；原U4作用時序細分為U4-U3-U4-U5-U4；原U5作用時序細分為U5-U4-U5-U6-U5；原U6作用時序細分為U6-U5-U6-U1-U6，如圖2所示。通過對相電壓進行傅氏變化，得到相電壓的各次諧波幅值，調(diào)整電壓矢量的作用時間可以使得相電壓的高次諧波分量大大減小甚至消除，從而得到最優(yōu)化的三十邊形磁鏈軌跡；(2)采用DSP的事件管理器實現(xiàn)三十邊形磁鏈軌跡的優(yōu)化控制；所述的DSP的事件管理器實現(xiàn)三十邊形磁鏈軌跡的優(yōu)化控制包括(a)確定事件管理器的定時器周期值；(b)根據(jù)實現(xiàn)三十邊形磁鏈軌跡需要的開關(guān)時序和定時器周期值來確定比較單元的三個比較寄存器值；(c)每個扇區(qū)用2個比較輸出，且每個定時器周期內(nèi)只用一個比較輸出，每次需要的比較輸出由不同扇區(qū)來確定。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)生多邊形磁鏈軌跡的優(yōu)化控制方法，其特征在于所述的DSP的事件管理器采用TI公司的TMS2000系列DSP的事件管理器。全文摘要本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生多邊形磁鏈軌跡的優(yōu)化控制方法，包括對傳統(tǒng)正六邊形磁鏈軌跡進行細分，正六邊形的每邊沿著6種可能的方向擴展成5條邊，得到三十邊形磁鏈軌跡；采用DSP的事件管理器實現(xiàn)三十邊形磁鏈軌跡的優(yōu)化控制。所述的DSP的事件管理器實現(xiàn)三十邊形磁鏈軌跡的優(yōu)化控制包括確定事件管理器的定時器周期值；根據(jù)實現(xiàn)三十邊形磁鏈軌跡需要的開關(guān)時序和定時器周期值來確定比較單元的三個比較寄存器值；每個扇區(qū)用2個比較輸出，且每個定時器周期內(nèi)只用一個比較輸出，每次需要的比較輸出由不同扇區(qū)來確定。本發(fā)明減小了電機運轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)矩脈動，工作頻率可達到300Hz，使其可應(yīng)用到高速變頻場合，其控制簡單，通用性較強。文檔編號H02P21/00GK101252335SQ200710172200公開日2008年8月27日申請日期2007年12月13日優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日發(fā)明者復(fù)周,李蓓智,楊建國,熠閻申請人:東華大學