一種圓形與六邊形直接轉(zhuǎn)矩控制的切換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電機控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種圓形與六邊形直接轉(zhuǎn)矩控制的切換 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 直接轉(zhuǎn)矩控制是1985年德國魯爾大學(xué)Depenbrock教授提出的新型電機控制方 案，直接轉(zhuǎn)矩控制具有結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快和魯棒性強等優(yōu)點。目前直接轉(zhuǎn)矩控制根據(jù)磁 鏈軌跡通常可分為六邊形磁鏈控制和圓形磁鏈控制。六邊形磁鏈控制表現(xiàn)為一個控制周期 內(nèi)改變6次開關(guān)狀態(tài)，在大功率牽引中，能有效減少開關(guān)損耗，因此六邊形磁鏈控制在高速 狀態(tài)下，定子磁鏈模型能滿足比較精確的控制需求。圓形磁鏈控制表現(xiàn)為一個控制周期內(nèi) 輸出的電壓矢量數(shù)很多，使得磁鏈軌跡盡量接近圓形，這種控制策略可以有效減少定子電 流諧波含量；但是開關(guān)器件的開關(guān)頻率過高，在大功率牽引領(lǐng)域中的應(yīng)用受到限制。
[0003] 由于直接轉(zhuǎn)矩控制存在必然存在轉(zhuǎn)矩脈動，所以出現(xiàn)了以抑制轉(zhuǎn)矩脈動為目的的 分段式直接轉(zhuǎn)矩控制策略。具體為：在低速時采用圓形磁鏈控制，獲得較小的轉(zhuǎn)矩脈動；在 高速時采用六邊形磁鏈控制，減小開關(guān)次數(shù)，降低損耗。這種將兩種控制策略結(jié)合起來的 方法可以在全速范圍內(nèi)獲得較好的輸出轉(zhuǎn)矩。由低速到高速的切換條件的判斷，目前較好 的策略是采用速度和磁鏈雙重判據(jù)，即速度達(dá)到給定值并且磁鏈也達(dá)到給定值時才進(jìn)行切 換。但現(xiàn)有切換條件的判斷并不全面，無法保證在所有情況下都能成功切換，即可能出現(xiàn)切 換失敗的情況，而且切換過程中仍會出現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)矩脈動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種圓形與六邊形直接轉(zhuǎn)矩控制的切換方法， 既能完成圓形與六邊形直接轉(zhuǎn)矩控制的有效切換，而且進(jìn)一步減小了切換過程中電機的轉(zhuǎn) 矩脈動。
[0005] 基于上述目的本發(fā)明提供的圓形與六邊形直接轉(zhuǎn)矩控制的切換方法包括：
[0006] 將電機當(dāng)前的轉(zhuǎn)速與設(shè)定的切換轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，判斷轉(zhuǎn)速是否滿足切換條件；若 不滿足則返回初始狀態(tài)重新判斷，若滿足則繼續(xù)判斷；
[0007] 通過電機定子三相電壓幅值和電流幅值，計算得到磁鏈幅值和磁鏈相角；通過磁 鏈相角對磁鏈扇區(qū)進(jìn)行劃分，并且判斷所述磁鏈幅值和所述磁鏈相角是否滿足切換條件； 若至少有一個不滿足，則返回初始狀態(tài)重新判斷；若兩個都滿足則繼續(xù)判斷；
[0008] 通過磁鏈扇區(qū)分布以及當(dāng)前的開關(guān)信號，判斷電壓矢量是否滿足切換條件；若不 滿足，則返回初始狀態(tài)重新判斷；若滿足則進(jìn)行圓形磁鏈控制與六邊形磁鏈控制的切換，即 封鎖圓形磁鏈控制器，啟動六邊形磁鏈控制器。
[0009] 可選的，所述電機轉(zhuǎn)速的判斷方法為：
[0010] 當(dāng)ω > 〇^時，表示滿足切換條件，
[0011] 其中ω為電機當(dāng)前轉(zhuǎn)速，ωΝ為設(shè)定的切換轉(zhuǎn)速，由此根據(jù)不同的切換需求，選擇 合適的切換速度。
[0012] 可選的，所述電機轉(zhuǎn)速采用容差的方式進(jìn)行判斷，具體判斷方法為：
[0013] 當(dāng)ω > ωΝ+δ時，表示滿足切換條件，
[0014] 其中，δ為設(shè)定的容差轉(zhuǎn)速。
[0015] 可選的，所述切換速度為電機額定速度的30%。
[0016] 可選的，所述計算磁鏈幅值和磁鏈相角的方法具體為三相-兩相變換的方法，其 計算公式為：
t
[0021] 利用上述結(jié)果和定子電阻值計算得到α-β坐標(biāo)系的定子磁鏈值。
[0024] 利用α - β坐標(biāo)系的定子磁鏈值，計算得到磁鏈幅值和磁鏈相角。
[0027] 其中，UsaUsbUs。分別為定子三相電壓幅值，i s丄bis。分別為定子三相電流幅值， UsaUsfi分別為α-β坐標(biāo)系的定子電壓幅值，isais{!分別為α-β坐標(biāo)系的定子電流幅值， 札為定子電阻值，Φ sa 分別為α-β坐標(biāo)系的a相和β相定子磁鏈值，φ 3為磁鏈幅 值，Θ ^為磁鏈相角。
[0028] 可選的，所述磁鏈扇區(qū)的劃分方法為：
[0029] 若0彡Θ ^sC π/3,定子磁鏈位于Tl扇區(qū)，即s = Tl ;
[0030] 若π /3彡Θ is< 2 π /3時，定子磁鏈位于T2扇區(qū)，即s = T2 ;
[0031] 若2 π /3彡Θ is< π時，定子磁鏈位于T3扇區(qū)，即s = T3 ;
[0032] 若：π彡Θ &< 4 π/3時，定子磁鏈位于T4扇區(qū)，即s = T4 ;
[0033] 若4 π /3彡Θ is< 5 π /3時，定子磁鏈位于Τ5扇區(qū)，即s = Τ5 ;
[0034] 若5 π /3彡Θ is< 2 π時，定子磁鏈位于T6扇區(qū)，即s = T6。
[0035] 可選的，所述磁鏈幅值的判斷方法為：
[0036] 當(dāng)I I tltehl I彡I ε ^ I時，所述磁鏈幅值滿足切換條件；
[0037] 其中，Itswlteh為設(shè)定的切換磁鏈幅值，ε φ為磁鏈幅值容差。
[0038] 可選的，所述磁鏈相角的判斷方法為：
[0039] 當(dāng)I Θ is- Θ isswiteh|彡I ε θ I時，所述磁鏈相角滿足切換條件；
[0040] 其中， θ &"teh為設(shè)定的切換磁鏈相角，
ε e為磁鏈相角容差。
[0041] 可選的，通過磁鏈扇區(qū)分布以及當(dāng)前的開關(guān)信號gi，i = 1 2 3 4 5 6，gi = 1，表 示該開關(guān)管開通，gi = 〇表示該開關(guān)管關(guān)斷；判斷電壓矢量G(gl、g2、g3、g4、g5、g6)是否 滿足切換條件；判斷方法為：
[0042] 若s = T1，當(dāng)G = (011001)時滿足電壓矢量切換條件；
[0043] 若s = T2,當(dāng)G = (011010)時滿足電壓矢量切換條件；
[0044] 若s = T3,當(dāng)G = (010110)時滿足電壓矢量切換條件；
[0045] 若s = T4,當(dāng)G = (100110)時滿足電壓矢量切換條件；
[0046] 若s = T5,當(dāng)G = (100101)時滿足電壓矢量切換條件；
[0047] 若s = T6,當(dāng)G = (101001)時滿足電壓矢量切換條件。
[0048] 從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的圓形與六邊形直接轉(zhuǎn)矩控制的切換方法不僅 能有效保證圓形磁鏈控制與六邊形磁鏈控制的順利切換，而且減小了速度和轉(zhuǎn)矩的脈動， 同時對定子電流波形的影響極小，也不會對器件耐壓和同流能力造成額外的負(fù)擔(dān)。
【附圖說明】
[0049] 圖1為本發(fā)明提供的圓形與六邊形直接轉(zhuǎn)矩控制的切換方法的流程圖；
[0050] 圖2為本發(fā)明提供的圓形與六邊形直接轉(zhuǎn)矩控制的切換方法的系統(tǒng)原理圖；
[0051] 圖3為本發(fā)明提供的圓形與六邊形直接轉(zhuǎn)矩控制的切換方法的磁鏈扇區(qū)的分布 示意圖。
【具體實施方式】
[0052] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0053] 參照圖1所示，為本發(fā)明提供的圓形與六邊形直接轉(zhuǎn)矩控制的切換方法的流程 圖。所述圓形與六邊形直接轉(zhuǎn)矩控制的切換方法，包括：
[0054] 將電機當(dāng)前的轉(zhuǎn)速與設(shè)定的切換轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，判斷轉(zhuǎn)速是否滿足切換條件；若 不滿足則返回初始狀態(tài)重新判斷，若滿足則繼續(xù)判斷；
[0055] 通過電機定子三相電壓幅值和電流幅值，計算得到磁鏈幅值和磁鏈相角；通過磁 鏈相角對磁鏈扇區(qū)進(jìn)行劃分，并且判斷所述磁鏈幅值和所述磁鏈相角是否滿足切換條件； 若至少有一個不滿足，則返回初始狀態(tài)重新判斷；若兩個都滿足則繼續(xù)判斷；
[0056] 通過磁鏈扇區(qū)分布以及當(dāng)前的開關(guān)信號，判斷電壓矢量是否滿足切換條件；若不 滿足，則返回初始狀態(tài)重新判斷；若滿足則進(jìn)行圓形磁鏈控制與六邊形磁鏈控制的切換，即 封鎖圓形磁鏈控制器，啟動六邊形磁鏈控制器。
[0057] 所述磁鏈幅值和所述磁鏈相角的判斷順序可以相互調(diào)換，而且根據(jù)實際的切換狀 況，所述轉(zhuǎn)速、所述電壓矢量、所述磁鏈幅值和所述磁鏈相角均能相應(yīng)調(diào)整，只需保證切換 時，所述轉(zhuǎn)速、所述電壓矢量、所述磁鏈幅值和所述磁鏈相角均滿足切換條件。
[0058] 由上述實施例可知，所述圓形與六邊形直接轉(zhuǎn)矩控制的切換方法通過控制切換時 的轉(zhuǎn)速大小、磁鏈幅值大小、磁鏈相角大小和圓形磁鏈控制器輸出的電壓矢量能夠既保證 磁鏈控制規(guī)則的順利切換又可以控制電機的轉(zhuǎn)矩脈動。
[0059] 在一些可選的實施例中，所述電機轉(zhuǎn)速的判斷方法為：當(dāng)ω > ω N時，表示轉(zhuǎn)速滿 足切換條件，其中ω為電機當(dāng)前轉(zhuǎn)速，ωΝ為設(shè)定的切換轉(zhuǎn)速。這樣，可以根據(jù)不同的切換 需求，選擇合適的切換速度，大大提高了所述圓形與六邊形直接轉(zhuǎn)矩控制的切換方法對不 同工況的適應(yīng)性。
[0060] 優(yōu)選的，所述切換速度為額定速度的30%，即當(dāng)采集的電機轉(zhuǎn)速高于額定速度的 30%時，則轉(zhuǎn)速滿足切換條件。所述切換速度既能保證電機低速時通過圓形磁鏈控制具有 較小的轉(zhuǎn)矩脈動，又使得電機升速時可以及時切換到六邊形磁鏈控制，降低損耗。
[0061] 進(jìn)一步，所述電機轉(zhuǎn)速采用容差的方式進(jìn)行判斷，根據(jù)電機運行狀況設(shè)定合適的 容差轉(zhuǎn)速，具體判斷方法為：當(dāng)ω > ωΝ+δ時，表示滿足切換條件，其中，δ為設(shè)定的容差 轉(zhuǎn)速。這樣，不僅能避免震蕩，而且所述轉(zhuǎn)速的判斷能夠保證當(dāng)所述轉(zhuǎn)速滿足切換條件時， 在較短時間內(nèi)所述轉(zhuǎn)速不會低于所述切換速度，保證了進(jìn)行其余判斷時，轉(zhuǎn)速滿足切換條 件的有效性。
[0062] 優(yōu)選的，所述容差轉(zhuǎn)速取值為5。
[0063] 參照圖2所示，為本發(fā)明提供的圓形與六邊形直接轉(zhuǎn)矩控制的切換方法的系統(tǒng)原 理圖，所述計算磁鏈幅值和磁鏈相角的方法具體為三相-兩相變換的方法，其計算公式為：
[0068] 利用上述結(jié)果和定子電阻值計算得到α-β坐標(biāo)系的定子磁鏈值