本發(fā)明屬于電機(jī)控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及五相永磁同步電機(jī)高負(fù)載能力的直接轉(zhuǎn)矩控制方法。
背景技術(shù)：
：多相永磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)具有多自由度控制優(yōu)點(diǎn)，所以其驅(qū)動系統(tǒng)運(yùn)行可靠性高，即使因電機(jī)繞組缺相或逆變橋臂故障，仍然可以借助剩余的控制自由度實(shí)現(xiàn)電機(jī)的容錯運(yùn)行。由于采用永磁體激磁，流入定子繞組的電流中可以全部為有功成分，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子側(cè)高功率因數(shù)運(yùn)行。所以，多相永磁同步電機(jī)在高可靠性、高功率因數(shù)要求場合具有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢。通常多相永磁同步電機(jī)制作成隱極式結(jié)構(gòu)，這樣整個電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩僅僅由定子電流與轉(zhuǎn)子永磁磁場相互作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩部分，沒有磁阻轉(zhuǎn)矩，從而降低了電機(jī)負(fù)載能力；另一方面，定子采用分布繞組，定子繞組中產(chǎn)生的反電動勢為正弦波，定子繞組中流進(jìn)正弦波電流。實(shí)際上，多相永磁同步電機(jī)定子繞組中產(chǎn)生的反電動勢也并非標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，其中諧波反電動勢也可以產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩輸出，從而增強(qiáng)電機(jī)的負(fù)載能力。所以電機(jī)的凸極現(xiàn)象和電機(jī)諧波均可以用來增強(qiáng)電機(jī)負(fù)載能力，如何結(jié)合這兩方面的優(yōu)勢，構(gòu)建高負(fù)載能力的多相永磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)還未見文獻(xiàn)公開過。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種五相永磁同步電機(jī)高負(fù)載能力的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，目的是提高五相永磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制能力。本發(fā)明五相永磁同步電機(jī)定子繞組中反電動勢中含有較高比例的三次諧波，利用五相逆變器輸出電壓矢量同時在基波平面和三次諧波平面中構(gòu)建雙電磁轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈的直接控制策略；同時，利用電機(jī)的凸極現(xiàn)象構(gòu)建每安培最大轉(zhuǎn)矩算法對雙平面上的定子磁鏈幅值不斷刷新。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種五相永磁同步電機(jī)高負(fù)載能力的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，包括如下步驟：步驟s1：利用正交變換矩陣t5將電機(jī)的五相輸入電流isa～ise變換至α1β1-α3β3靜止坐標(biāo)系中，得到基波電流isα1isβ1、三次諧波電流isα3isβ3，α1β1和α3β3分別為基波和三次諧波靜止坐標(biāo)系；變換過程為：其中，isz為零序電流，α＝72°；步驟s2：計算基波平面定子磁鏈ψsα1ψsβ1和三次諧波平面定子磁鏈ψsα3ψsβ3；步驟s3：根據(jù)基波平面定子磁鏈ψsα1ψsβ1矢量ψs1的輻角并判斷矢量所處α1β1平面扇區(qū)編號θsi；根據(jù)三次諧波平面定子磁鏈ψsα3ψsβ3矢量ψs3輻角并判斷矢量所處α3β3平面扇區(qū)編號θxi；步驟s4：采用最大轉(zhuǎn)矩電流比控制策略，并采用曲線擬合的方式求出隨電磁轉(zhuǎn)矩變化而動態(tài)變化的定子基波磁鏈幅值給定定子三次諧波磁鏈幅值給定和三次諧波轉(zhuǎn)矩占總轉(zhuǎn)矩的比例系數(shù)k3的函數(shù)關(guān)系式步驟s5：根據(jù)基波平面定子磁鏈ψsα1ψsβ1及定子磁鏈幅值給定值經(jīng)第一磁鏈滯環(huán)比較器，輸出控制基波平面定子磁鏈幅值的變量φ1；根據(jù)三次諧波平面定子磁鏈ψsα3ψsβ3及定子磁鏈幅值給定值經(jīng)第二磁鏈滯環(huán)比較器，輸出控制三次諧波平面定子磁鏈幅值的變量φ3；步驟s6：計算基波平面電磁轉(zhuǎn)矩te1和三次諧波平面電磁轉(zhuǎn)矩te3；步驟s7：將基波平面電磁轉(zhuǎn)矩te1及其給定值輸入第一轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器，輸出控制基波平面電磁轉(zhuǎn)矩變量τ1，將電磁轉(zhuǎn)矩te3及其給定值輸入第二轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器，輸出控制三次諧波平面電磁轉(zhuǎn)矩變量τ2；步驟s8：構(gòu)建最優(yōu)開關(guān)矢量表，將變量τ1、φ1、θsi、τ3、φ3、θxi輸入最優(yōu)開關(guān)矢量表，得到一組五相逆變橋最優(yōu)開關(guān)組合，通過五相逆變器作用于五相永磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，同時實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子基波磁鏈幅值誤差及基波轉(zhuǎn)矩誤差、三次諧波磁鏈幅值誤差及三次諧波轉(zhuǎn)矩誤差均為0的控制目標(biāo)。進(jìn)一步地，所述步驟s2基波平面定子磁鏈ψsα1ψsβ1和三次諧波平面定子磁鏈ψsα3ψsβ3計算方法如下：其中，lsm1＝0.5(ldm1+lqm1)，lrs1＝0.5(ldm1-lqm1)，lsm3＝0.5(ldm3+lqm3)，lrs3＝0.5(ldm3-lqm3)；lsσ為相繞組漏電感，ldm1和lqm1分別為相繞組主磁路的直軸電感和交軸電感，ldm3和lqm3分別為相繞組三次諧波主磁路的直軸電感和交軸電感，θr為五相永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角，為基波平面轉(zhuǎn)子磁鏈，為三次諧波平面轉(zhuǎn)子磁鏈，ψf1和ψf3分別為永磁體耦合到相繞組磁鏈基波和三次諧波幅值。進(jìn)一步地，所述步驟s2基波平面定子磁鏈ψsα1ψsβ1和三次諧波平面定子磁鏈ψsα3ψsβ3另一種計算方法如下：利用正交變換矩陣t5將電機(jī)的五相輸入電壓usa～use變換至α1β1-α3β3靜止坐標(biāo)系中，其中usz為零序電壓；根據(jù)α1β1、α3β3坐標(biāo)系中電壓平衡方程式，得到其中，usα1和usβ1為基波定子電壓，usα3和usβ3為三次諧波定子電壓，rs為電機(jī)相繞組電阻。進(jìn)一步地，所述步驟s3的具體步驟包括：設(shè)sa～se為五相逆變器5個逆變橋臂功率管開關(guān)狀態(tài),其值為1代表上管導(dǎo)通，下管關(guān)斷，其值為0代表下管導(dǎo)通，上管關(guān)斷；則usa～use為五相輸入相電壓，udc為五相逆變器直流母線電壓，uno為電機(jī)中性點(diǎn)與地之間的電位差，由于星型連接五相對稱繞組端電壓之和等于0，利用正交變換矩陣t5計算得根據(jù)式(9)，取不同的開關(guān)組合sa～se即獲得α1β1平面和α3β3平面的定子電壓矢量，將基波電壓平面劃分為20個扇區(qū)，用θsi表示，i＝1，2...，20，每個扇區(qū)均處于相鄰且不同方向的兩個電壓矢量所夾區(qū)域中，且同時要保證當(dāng)定子磁鏈?zhǔn)噶刻幱谠撋葏^(qū)內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，與其垂直線必須始終處于相同的相鄰且不同方向的兩個電壓矢量所夾區(qū)域中；θs1∈[0°,18°]，θs2∈[18°,36°]，…，θs20∈[342°,360°]；將三次諧波電壓平面劃分為20個扇區(qū)，用θxi表示，i＝1，2...，20，每一個扇區(qū)確定方法與θsi相同；θx1∈[0°,18°]，θx2∈[18°,36°]，…，θx20∈[342°,360°]；根據(jù)基波平面定子磁鏈ψsα1ψsβ1矢量ψs1的輻角并判斷矢量所處α1β1平面扇區(qū)編號θsi；根據(jù)三次諧波平面定子磁鏈ψsα3ψsβ3矢量ψs3輻角并判斷矢量所處α3β3平面扇區(qū)編號θxi。進(jìn)一步地，所述步驟s4中，在只考慮銅耗不考慮電機(jī)相電流基波分量和三次諧波分量的相位關(guān)系時，函數(shù)關(guān)系求解方法如下：(1)將使電機(jī)在輸出一定的電磁轉(zhuǎn)矩下電機(jī)定子電流有效值最小的問題等效于以下的極值問題:其中，isd1為基波平面直軸電流，isq1為基波平面交軸電流，isd3為三次諧波平面直軸電流，isq3為三次諧波平面交軸電流，te1為基波平面電磁轉(zhuǎn)矩，te3為三次諧波平面電磁轉(zhuǎn)矩，te為電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，為轉(zhuǎn)子耦合到定子側(cè)磁鏈基波分量，為轉(zhuǎn)子耦合到定子側(cè)磁鏈三次諧波分量，ψf1和ψf3分別為永磁體耦合到相繞組磁鏈基波和三次諧波幅值，ld1和lq1分別為電機(jī)的基波直軸電感和交軸電感，ld3和lq3分別為電機(jī)的三次諧波直軸電感和交軸電感，p為五相永磁同步電機(jī)磁極對數(shù)；(2)構(gòu)造輔助函數(shù)：其中，λ為拉格朗日乘子；(3)將輔助函數(shù)分別對isd1、isq1、isd3、isq3和λ求偏導(dǎo)數(shù)，并令其等于零，求得(4)根據(jù)式(12)求出函數(shù)關(guān)系式在matlab中采用曲線擬合的方式，求出的最優(yōu)近似函數(shù)關(guān)系式；(5)聯(lián)立公式求出和的函數(shù)關(guān)系式。進(jìn)一步地，所述步驟s4中，同時考慮銅耗和電機(jī)相電流基波分量和三次諧波分量的相位關(guān)系時，函數(shù)關(guān)系求解方法如下：(1)將相電流的基波分量與三次諧波分量的相位關(guān)系作為約束條件，問題等效以下的極值問題：其中，isd1為基波平面直軸電流，isq1為基波平面交軸電流，isd3為三次諧波平面直軸電流，isq3為三次諧波平面交軸電流，te為電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，為轉(zhuǎn)子耦合到定子側(cè)磁鏈基波分量，為轉(zhuǎn)子耦合到定子側(cè)磁鏈三次諧波分量，ψf1和ψf3分別為永磁體耦合到相繞組磁鏈基波和三次諧波幅值，ld1和lq1分別為電機(jī)的基波直軸電感和交軸電感，ld3和lq3分別為電機(jī)的三次諧波直軸電感和交軸電感，p為五相永磁同步電機(jī)磁極對數(shù)；(2)構(gòu)造輔助函數(shù)其中，λ1和λ2為拉格朗日乘子；(3)分別對isd1、isq1、isd3、isq3、λ1和λ2求偏導(dǎo)數(shù)，并令其等于零，求得(4)由式(17)求得函數(shù)關(guān)系式，根據(jù)電機(jī)參數(shù)，在matlab中采用曲線擬合的方式求出函數(shù)關(guān)系式。進(jìn)一步地，所述步驟s5中第一和第二磁鏈滯環(huán)比較器輸出變量分別如下：進(jìn)一步地，所述步驟s6中基波平面電磁轉(zhuǎn)矩te1和三次諧波平面電磁轉(zhuǎn)矩te3的計算方法如下：其中，p為五相永磁同步電機(jī)磁極對數(shù)。進(jìn)一步地，所述步驟s7中第一和第二轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器輸出變量分別如下：其中，εm1為電機(jī)基波轉(zhuǎn)矩滯環(huán)環(huán)寬，其值根據(jù)實(shí)際電機(jī)基波轉(zhuǎn)矩控制誤差需要設(shè)置；εm3為電機(jī)三次諧波轉(zhuǎn)矩滯環(huán)環(huán)寬，其值根據(jù)實(shí)際電機(jī)三次諧波轉(zhuǎn)矩控制誤差需要設(shè)置。進(jìn)一步地，所述步驟s8中最優(yōu)開關(guān)矢量表的構(gòu)建方法如下：步驟s81：根據(jù)步驟s3，判斷三次諧波電壓平面中三次諧波定子磁鏈?zhǔn)噶喀譻3所處扇區(qū)θxi，并根據(jù)此，分析各種開關(guān)組合作用引起三次諧波定子磁鏈幅值及電磁轉(zhuǎn)矩控制效果，即增大或減小，列出四組具有不同控制效果的開關(guān)組合；步驟s82：判斷基波定子磁鏈?zhǔn)噶喀譻1所處扇區(qū)θsi，并根據(jù)此，依次分析步驟s81中各組開關(guān)組合中的各個開關(guān)組合作用引起基波定子磁鏈幅值及其電磁轉(zhuǎn)矩控制效果，即增大或減小，再將步驟s81中的每一組開關(guān)組合中細(xì)分出四組對基波磁鏈幅值和轉(zhuǎn)矩具有不同效果的開關(guān)組合，若在進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分四組開關(guān)組合的過程中，找不到滿足基波磁鏈幅值和轉(zhuǎn)矩的控制效果的開關(guān)組合，則選擇此時所用的步驟s81中的開關(guān)組合中的兩個合適的開關(guān)組合進(jìn)行矢量合成，使兩個開關(guān)組合在一個周期內(nèi)各工作半個周期，來滿足定子基波磁鏈幅值和基波轉(zhuǎn)矩的控制效果；步驟s83：根據(jù)步驟s82分析結(jié)果，以定子基波磁鏈幅值控制需要、基波電磁轉(zhuǎn)矩控制需要、定子基波磁鏈?zhǔn)噶喀譻1所處扇區(qū)θsi和定子三次諧波磁鏈幅值控制需要、三次諧波電磁轉(zhuǎn)矩控制需要、定子三次諧波磁鏈?zhǔn)噶喀譻3所處扇區(qū)θxi作為輸入變量，根據(jù)步驟s82判斷的開關(guān)組合為輸出變量，列表獲得最優(yōu)開關(guān)矢量表。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)利用五相逆變器在基波和三次諧波平面中構(gòu)建雙電磁轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈的直接控制，從而借助三次諧波平面轉(zhuǎn)矩增強(qiáng)電機(jī)負(fù)載能力，減小了定子繞組電流峰值；(2)構(gòu)建凸極式五相永磁同步電機(jī)每安培最大轉(zhuǎn)矩控制算法，利用其對基波和三次諧波平面中定子磁鏈幅值實(shí)時更新，進(jìn)一步增強(qiáng)電機(jī)負(fù)載能力，降低定子繞組電流。附圖說明圖1為本發(fā)明五相永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一曲線擬合函數(shù)波形；圖3為本發(fā)明實(shí)施例另一曲線擬合函數(shù)波形；圖4為本發(fā)明實(shí)施例五相永磁同步電機(jī)與五相逆變橋電路連接方式；圖5為本發(fā)明實(shí)施例α1β1平面的定子電壓矢量圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例α3β3平面的定子電壓矢量圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例驅(qū)動系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，一種五相永磁同步電機(jī)高負(fù)載能力的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，包括如下步驟：步驟s1：利用正交變換矩陣t5將電機(jī)的五相輸入電流isa～ise變換至α1β1-α3β3靜止坐標(biāo)系中，得到基波電流isα1isβ1、三次諧波電流isα3isβ3，α1β1和α3β3分別為基波和三次諧波靜止坐標(biāo)系；其中，isz為零序電流，α＝72°；由于本發(fā)明的研究對象為五相對稱繞組永磁同步電機(jī)，并將定子繞組連接成星形，因此這個零序軸系中的變量值為零。步驟s2：計算基波平面定子磁鏈ψsα1ψsβ1和三次諧波平面定子磁鏈ψsα3ψsβ3；在本實(shí)施例中，基波平面定子磁鏈ψsα1ψsβ1和三次諧波平面定子磁鏈ψsα3ψsβ3計算方法如下：其中，lsm1＝0.5(ldm1+lqm1)，lrs1＝0.5(ldm1-lqm1)，lsm3＝0.5(ldm3+lqm3)，lrs3＝0.5(ldm3-lqm3)；lsσ為相繞組漏電感，ldm1和lqm1分別為相繞組主磁路的直軸電感和交軸電感，ldm3和lqm3分別為相繞組三次諧波主磁路的直軸電感和交軸電感，θr為五相永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角，為基波平面轉(zhuǎn)子磁鏈，為三次諧波平面轉(zhuǎn)子磁鏈，ψf1和ψf3分別為永磁體耦合到相繞組磁鏈基波和三次諧波幅值。基波平面定子磁鏈ψsα1ψsβ1和三次諧波平面定子磁鏈ψsα3ψsβ3的另一種計算方法如下：利用正交變換矩陣t5將電機(jī)的五相輸入電壓usa～use變換至α1β1-α3β3靜止坐標(biāo)系中，其中usz為零序電壓；根據(jù)α1β1、α3β3坐標(biāo)系中電壓平衡方程式，得到其中，usα1和usβ1為基波定子電壓，usα3和usβ3為三次諧波定子電壓，rs為電機(jī)相繞組電阻。步驟s3：設(shè)sa～se為五相逆變器5個逆變橋臂功率管開關(guān)狀態(tài),其值為1代表上管導(dǎo)通，下管關(guān)斷，其值為0代表下管導(dǎo)通，上管關(guān)斷；則usa～use為五相輸入相電壓，udc為五相逆變器直流母線電壓，uno為電機(jī)中性點(diǎn)與地之間的電位差，由于星型連接五相對稱繞組端電壓之和等于0，,利用正交變換矩陣t5計算得根據(jù)式(9)，取不同的開關(guān)組合sa～se即獲得α1β1平面和α3β3平面的定子電壓矢量，將基波電壓平面劃分為20個扇區(qū)，用θsi表示，i＝1，2...，20，每個扇區(qū)均處于相鄰且不同方向的兩個電壓矢量所夾區(qū)域中，且同時要保證當(dāng)定子磁鏈?zhǔn)噶刻幱谠撋葏^(qū)內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，與其垂直線必須始終處于相同的相鄰且不同方向的兩個電壓矢量所夾區(qū)域中；θs1∈[0°,18°]，θs2∈[18°,36°]，…，θs20∈[342°,360°]；將三次諧波電壓平面劃分為20個扇區(qū)，用θxi表示，i＝1，2...，20，每一個扇區(qū)確定方法與θsi相同；θx1∈[0°,18°]，θx2∈[18°,36°]，…，θx20∈[342°,360°]；根據(jù)基波平面定子磁鏈ψsα1ψsβ1矢量ψs1的輻角判斷矢量所處α1β1平面扇區(qū)編號θsi；根據(jù)三次諧波平面定子磁鏈ψsα3ψsβ3矢量ψs3輻角判斷矢量所處α3β3平面扇區(qū)編號θxi。步驟s4：采用最大轉(zhuǎn)矩電流比(mtpa)控制策略，并采用曲線擬合的方式求出隨電磁轉(zhuǎn)矩變化而動態(tài)變化的定子基波磁鏈幅值給定定子三次諧波磁鏈幅值給定以及三次諧波轉(zhuǎn)矩占總轉(zhuǎn)矩的比例系數(shù)k3的函數(shù)關(guān)系式在只考慮銅耗不考慮電機(jī)相電流基波分量和三次諧波分量的相位關(guān)系時，函數(shù)關(guān)系求解方法如下：(1)將使電機(jī)在輸出一定的電磁轉(zhuǎn)矩下電機(jī)定子電流有效值最小的問題等效于以下的極值問題:其中，isd1為基波平面直軸電流，isq1為基波平面交軸電流，isd3為三次諧波平面直軸電流，isq3為三次諧波平面交軸電流，te1為基波平面電磁轉(zhuǎn)矩，te3為三次諧波平面電磁轉(zhuǎn)矩，te為電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，為轉(zhuǎn)子耦合到定子側(cè)磁鏈基波分量，為轉(zhuǎn)子耦合到定子側(cè)磁鏈三次諧波分量，ψf1和ψf3分別為永磁體耦合到相繞組磁鏈基波和三次諧波幅值，ld1和lq1分別為電機(jī)的基波直軸電感和交軸電感，ld3和lq3分別為電機(jī)的三次諧波直軸電感和交軸電感，p為五相永磁同步電機(jī)磁極對數(shù)；(2)構(gòu)造輔助函數(shù)：其中，λ為拉格朗日乘子；(3)將輔助函數(shù)分別對isd1、isq1、isd3、isq3和λ求偏導(dǎo)數(shù)，并令其等于零，求得(4)根據(jù)式(12)求出函數(shù)關(guān)系式在matlab中采用曲線擬合的方式，求出的最優(yōu)近似函數(shù)關(guān)系式，若采用本發(fā)明表1的電機(jī)參數(shù)，則的最優(yōu)近似函數(shù)關(guān)系式如下：表1額定電壓150v直軸基波電感l(wèi)d15.94mh額定電流8.5a交軸基波電感l(wèi)q111.22mh額定轉(zhuǎn)速1000r/min直軸三次諧波電感l(wèi)d31.54mh額定功率1.5kw交軸三次諧波電感l(wèi)q32.91mh極對數(shù)4轉(zhuǎn)子基波磁鏈幅值ψf10.108wb定子電阻0.8ω轉(zhuǎn)子三次諧波磁鏈幅值ψf30.00935wb(5)聯(lián)立公式即可求出和的函數(shù)關(guān)系式，若采用本發(fā)明表1的電機(jī)參數(shù)，則和的最優(yōu)近似函數(shù)關(guān)系式如下：圖2是相應(yīng)函數(shù)的關(guān)系曲線波形，可以看出原始數(shù)據(jù)基本分布在擬合曲線上，因此采用matlab曲線擬合的方法得到的函數(shù)表達(dá)式可以替代相應(yīng)的復(fù)雜的函數(shù)表達(dá)式。此時，a相電流為式中由于在轉(zhuǎn)矩變化過程中因此電流ia波形畸變?yōu)榧忭敳?，在大?fù)載運(yùn)行情況下，電流幅值會超出逆變器的容量，進(jìn)而對變頻裝置造成損壞。在本實(shí)施例中，同時考慮銅耗和電機(jī)相電流基波分量和三次諧波分量的相位關(guān)系時，對以上方法進(jìn)行優(yōu)化，函數(shù)關(guān)系求解方法如下：(1)將相電流的基波分量與三次諧波分量的相位關(guān)系作為約束條件，問題等效以下的極值問題：(2)構(gòu)造輔助函數(shù)式中，λ1、λ2為拉格朗日乘子；(3)分別對isd1、isq1、isd3、isq3、λ1和λ2求偏導(dǎo)數(shù)，并令其等于零，求得(4)由式(17)可求出函數(shù)關(guān)系式；為了簡化，可以根據(jù)電機(jī)參數(shù)，進(jìn)一步在matlab中采用曲線擬合的方式得到函數(shù)關(guān)系式。采用本發(fā)明表1的電機(jī)參數(shù)，則和的最優(yōu)近似函數(shù)關(guān)系式如下：圖3是相電流為平頂波的前提下得到的相應(yīng)函數(shù)的關(guān)系曲線波形，可以看出原始數(shù)據(jù)基本分布在擬合曲線上，因此采用matlab曲線擬合的方法得到的函數(shù)表達(dá)式可以替代相應(yīng)的復(fù)雜的函數(shù)表達(dá)式。此時得到的相電流波形為平頂波，在大負(fù)載運(yùn)行情況下，確保電流幅值不會超出逆變器的容量，不會對變頻裝置造成損壞。步驟s5：根據(jù)基波平面定子磁鏈ψsα1ψsβ1及定子磁鏈幅值給定值經(jīng)第一磁鏈滯環(huán)比較器，輸出控制基波平面定子磁鏈幅值的變量φ1；根據(jù)三次諧波平面定子磁鏈ψsα3ψsβ3及定子磁鏈幅值給定值經(jīng)第二磁鏈滯環(huán)比較器，輸出控制三次諧波平面定子磁鏈幅值的變量φ3；步驟s6：計算基波平面電磁轉(zhuǎn)矩te1和三次諧波平面電磁轉(zhuǎn)矩te3；其中，p為五相永磁同步電機(jī)磁極對數(shù)。步驟s7：將基波平面電磁轉(zhuǎn)矩te1及其給定值輸入第一轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器，輸出控制基波平面電磁轉(zhuǎn)矩變量τ1，將電磁轉(zhuǎn)矩te3及其給定值輸入第二轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器，輸出控制三次諧波平面電磁轉(zhuǎn)矩變量τ2其中，εm1為電機(jī)基波轉(zhuǎn)矩滯環(huán)環(huán)寬，其值根據(jù)實(shí)際電機(jī)基波轉(zhuǎn)矩控制誤差需要設(shè)置；εm3為電機(jī)三次諧波轉(zhuǎn)矩滯環(huán)環(huán)寬，其值根據(jù)實(shí)際電機(jī)三次諧波轉(zhuǎn)矩控制誤差需要設(shè)置。步驟s8：構(gòu)建最優(yōu)開關(guān)矢量表，將變量τ1、φ1、θsi、τ3、φ3、θxi輸入最優(yōu)開關(guān)矢量表，得到一組五相逆變橋最優(yōu)開關(guān)組合，通過五相逆變器作用于五相永磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，同時實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子基波磁鏈幅值誤差及基波轉(zhuǎn)矩誤差、三次諧波磁鏈幅值誤差及三次諧波轉(zhuǎn)矩誤差均為0的控制目標(biāo)。在本實(shí)施例中，五相永磁同步電機(jī)繞組連接方式如圖4所示，abcde為五相永磁同步電機(jī)的五個相繞組，五相電機(jī)需要五個逆變橋臂驅(qū)動，隨著電機(jī)相數(shù)的增加，形成的空間電壓矢量個數(shù)呈指數(shù)形式增長。其中個別扇區(qū)需要進(jìn)行矢量合成，按以下方式合成矢量：50(4,23)，51(17,28)，52(8,27)，53(3,14)，54(1,15)，55(12,25)，56(16,30)，57(6,19)，58(4,29)，59(7,17)，60(2,27)，61(14,24)，62(8,15)，63(3,25)，64(16,23)，65(6,28)，66(1,29)，67(7,12)，68(2,30)，69(19,24)。每一合成矢量均由原有的兩個非零電壓矢量各作用一半控制周期產(chǎn)生，例如合成矢量67是由原來的7矢量和12矢量分別作用一半的控制周期ts/2形成，它在α1β1平面和α3β3平面上位置、大小及pwm時序如圖5所示。在電壓矢量選擇過程中，采用優(yōu)先選擇單電壓矢量的原則，若無滿足需要的單電壓矢量，再考慮合成矢量。在本實(shí)施例中，最優(yōu)開關(guān)矢量表的構(gòu)建方法如下：步驟s81：根據(jù)步驟s3，取不同的開關(guān)組合sa～se即得到α1β1平面和α3β3平面的定子電壓矢量，如圖5和圖6所示；步驟s82：將圖5基波電壓平面劃分為20個扇區(qū)，用θsi表示，i＝1，2...，20。每個扇區(qū)均處于圖5相鄰且不同方向的兩個電壓矢量所夾區(qū)域中，且同時要保證當(dāng)定子磁鏈?zhǔn)噶刻幱谠撋葏^(qū)內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，與其垂直線必須始終處于相同的相鄰且不同方向的兩個電壓矢量所夾區(qū)域中；步驟s83：將圖6三次諧波電壓平面劃分為20個扇區(qū)，用θxi表示，i＝1，2...，20，每一個扇區(qū)確定方法與步驟s82中相同；步驟s84：判斷三次諧波電壓平面中三次諧波定子磁鏈?zhǔn)噶喀譻3所處扇區(qū)θxi，并根據(jù)此，分析各種開關(guān)組合作用引起三次諧波定子磁鏈幅值及電磁轉(zhuǎn)矩控制效果，即增大或減小，列出四組具有不同控制效果的開關(guān)組合；步驟s85：判斷基波定子磁鏈?zhǔn)噶喀譻1所處扇區(qū)θsi，并根據(jù)此，依次分析步驟s84中各組開關(guān)組合中的各個開關(guān)組合作用引起基波定子磁鏈幅值及其電磁轉(zhuǎn)矩控制效果，即增大或減小，再將步驟s84中的每一組開關(guān)組合中細(xì)分出四組對基波磁鏈幅值和轉(zhuǎn)矩具有不同效果的開關(guān)組合，若在進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分四組開關(guān)組合的過程中，找不到滿足基波磁鏈幅值和轉(zhuǎn)矩的控制效果的開關(guān)組合，則選擇此時所用的步驟s84中的開關(guān)組合中的兩個合適的開關(guān)組合進(jìn)行矢量合成，使兩個開關(guān)組合在一個周期內(nèi)各工作半個周期，來滿足定子基波磁鏈幅值和基波轉(zhuǎn)矩的控制效果；步驟s86：根據(jù)步驟s85分析結(jié)果，以定子基波磁鏈幅值控制需要、基波電磁轉(zhuǎn)矩控制需要、定子基波磁鏈?zhǔn)噶喀譻1所處扇區(qū)θsi和定子三次諧波磁鏈幅值控制需要、三次諧波電磁轉(zhuǎn)矩控制需要、定子三次諧波磁鏈?zhǔn)噶喀譻3所處扇區(qū)θxi作為輸入變量，根據(jù)步驟s85判斷的開關(guān)組合為輸出變量，列表獲得最優(yōu)開關(guān)矢量表。對于最優(yōu)開關(guān)矢量獲取方法進(jìn)一步舉例說明如下。例如，當(dāng)定子3次諧波磁鏈?zhǔn)噶喀譻3所處在圖6中θx5(72°，90°)扇區(qū)、定子基波磁鏈?zhǔn)噶喀譻1處于圖5中θs2(18°，36°)扇區(qū)時：(1)實(shí)現(xiàn)3次諧波磁鏈幅值和電磁轉(zhuǎn)矩均增大的單電壓矢量有：1、5、7、12、13、29，此時若只采用單電壓矢量，則沒有單電壓矢量能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)現(xiàn)基波磁鏈幅值減小、轉(zhuǎn)矩增大以及實(shí)現(xiàn)基波磁鏈幅值增大、電磁轉(zhuǎn)矩減小，因此必須利用合成矢量66和67。實(shí)現(xiàn)基波磁鏈幅值和電磁轉(zhuǎn)矩均增大的開關(guān)組合有：12、13、29，實(shí)現(xiàn)磁鏈幅值減小、電磁轉(zhuǎn)矩增大的開關(guān)組合有：67，同時實(shí)現(xiàn)磁鏈幅值和電磁轉(zhuǎn)矩減小的開關(guān)組合只有：1、5、7，實(shí)現(xiàn)基波磁鏈幅值增大、電磁轉(zhuǎn)矩減小的開關(guān)組合有：66；(2)實(shí)現(xiàn)3次諧波磁鏈幅值減小、轉(zhuǎn)矩增大的單電壓矢量有：3、8、9、10、11、14、15、25、27，因此，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)基波磁鏈幅值和電磁轉(zhuǎn)矩均增大的開關(guān)組合有：8，實(shí)現(xiàn)磁鏈幅值減小、電磁轉(zhuǎn)矩增大的開關(guān)組合有：10、14、15，同時實(shí)現(xiàn)磁鏈幅值和電磁轉(zhuǎn)矩減小的開關(guān)組合只有：3、11，實(shí)現(xiàn)基波磁鏈幅值增大、電磁轉(zhuǎn)矩減小的開關(guān)組合有：9、25、27；(3)實(shí)現(xiàn)3次諧波磁鏈幅值和轉(zhuǎn)矩均減小的單電壓矢量有：2、18、19、24、26、30，此時需要用到合成矢量：68、69，因此，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)基波磁鏈幅值和電磁轉(zhuǎn)矩均增大的開關(guān)組合有：24、26、30，實(shí)現(xiàn)磁鏈幅值減小、電磁轉(zhuǎn)矩增大的開關(guān)組合有：68，同時實(shí)現(xiàn)磁鏈幅值和電磁轉(zhuǎn)矩減小的開關(guān)組合只有：2、18、19，實(shí)現(xiàn)基波磁鏈幅值增大、電磁轉(zhuǎn)矩減小的開關(guān)組合有：69；(4)實(shí)現(xiàn)3次諧波磁鏈幅值增大、轉(zhuǎn)矩減小的單電壓矢量有：4、6、16、17、20、21、22、23、28，因此，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)基波磁鏈幅值和電磁轉(zhuǎn)矩均增大的開關(guān)組合有：20、28，實(shí)現(xiàn)磁鏈幅值減小、電磁轉(zhuǎn)矩增大的開關(guān)組合有：4、6、22，同時實(shí)現(xiàn)磁鏈幅值和電磁轉(zhuǎn)矩減小的開關(guān)組合有：23，實(shí)現(xiàn)基波磁鏈幅值增大、電磁轉(zhuǎn)矩減小的開關(guān)組合有：16、17、21；當(dāng)定子3次諧波磁鏈?zhǔn)噶喀譻3處于扇區(qū)θx5(72°，90°)時最優(yōu)矢量表如表2所示，其中τ1、τ3取1分別表示增大基波、3次諧波轉(zhuǎn)矩，反之取-1；φ1、φ3取1表示分別表示增大基波、3次諧波磁鏈，反之取0。當(dāng)定子3次諧波磁鏈?zhǔn)噶喀譻3處于其他扇區(qū)同樣可以選出如表2所示的最優(yōu)開關(guān)矢量表。表2如圖7所示，本發(fā)明實(shí)施例驅(qū)動系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)包括：整流電路、濾波電容、五相逆變器、反電動勢含有大量三次諧波分量的偏置72度五相對稱繞組永磁同步電機(jī)、五相繞組電流采集電路、電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角采集電路、隔離驅(qū)動、中央控制器、人機(jī)接口等。也可以采用合適的直流電源提供五相逆變器直流母線電壓。逆變器中功率管采用igbt或mofet，中央控制器采用dsp或單片機(jī)。繞組電流采集電路采用霍爾電流傳感器與運(yùn)算放大器相結(jié)合方式構(gòu)成，也可以采用繞組串功率電阻后接差分運(yùn)算放大器相結(jié)合方式構(gòu)成。采用霍爾方案可以有效實(shí)現(xiàn)控制回路與主回路的電氣隔離，采用繞組串功率電阻方案可以降低驅(qū)動系統(tǒng)成本。轉(zhuǎn)子位置角采集電路可以采用旋轉(zhuǎn)編碼器后接電平轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，也可以采用旋轉(zhuǎn)變壓器后接解碼電路構(gòu)成，其中前者成本較低，但位置角采樣精度受編碼器線數(shù)限制，而后者成本較高，但位置角采樣精度較高。繞組電流采集電路和轉(zhuǎn)子位置角采集電路弱電壓信號送到中央控制器a/d轉(zhuǎn)換模塊。根據(jù)取得的信號和本發(fā)明的雙坐標(biāo)平面的直接轉(zhuǎn)矩控制策略計算出應(yīng)發(fā)出的控制信號，經(jīng)由隔離驅(qū)動去控制逆變器中的功率開關(guān)管的開關(guān)動作。本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。當(dāng)前第1頁12