一種永磁同步發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法
【專利摘要】一種永磁同步發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，所述方法的步驟包括：建立永磁同步發(fā)電機(jī)在坐標(biāo)系下的非線性數(shù)學(xué)模型；設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速控制環(huán)的PI型控制器，將轉(zhuǎn)速指令值與實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速值通過PI型控制器運(yùn)算，得出內(nèi)環(huán)電磁轉(zhuǎn)矩的指令值；建立永磁同步發(fā)電機(jī)定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩幅值為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程；求出永磁同步發(fā)電機(jī)原系統(tǒng)的永磁同步發(fā)電機(jī)逆系統(tǒng)表達(dá)式；構(gòu)建一個(gè)新的偽線性系統(tǒng)；求出偽線性系統(tǒng)等效的線性化子系統(tǒng)；采用變指數(shù)趨近律的方法設(shè)計(jì)等效的線性化子系統(tǒng)的滑模變結(jié)構(gòu)控制律；將此控制律代入逆系統(tǒng)的表達(dá)式中，反解出原系統(tǒng)的控制量。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了永磁同步發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈幅值的線性化解耦控制，整個(gè)控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)。
【專利說明】一種永磁同步發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種永磁同步發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，屬永磁同步電機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]直接轉(zhuǎn)矩控制方法是繼矢量控制方法后出現(xiàn)的一種新的交流電機(jī)控制方法，它將電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈作為控制對(duì)象，省略了矢量控制方法中復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，使得其較矢量控制更為簡(jiǎn)便。
[0003]傳統(tǒng)的永磁同步發(fā)電機(jī)(permanentmagnet synchronous generator,PMSG)直接轉(zhuǎn)矩控制，將逆變器和永磁同步電機(jī)看作一個(gè)整體，采用雙滯環(huán)控制方式比較電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈幅值同參考值之間的誤差，并根據(jù)比較結(jié)果利用最優(yōu)電壓矢量實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈幅值的同時(shí)控制。但由于永磁同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)多變量、非線性、強(qiáng)耦合的系統(tǒng)，電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈幅值之間相互耦合，傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法會(huì)導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈幅值脈動(dòng)較大，電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行性能差。
[0004]逆系統(tǒng)方法是近二十年發(fā)展起來的一種非線性系統(tǒng)反饋線性化方法，其基本思想是，對(duì)于給定的控制系統(tǒng)，依據(jù)對(duì)象的模型求解出可用反饋方法實(shí)現(xiàn)的原系統(tǒng)的逆系統(tǒng)，并將原系統(tǒng)補(bǔ)償成具有線性關(guān)系且解耦的規(guī)范化系統(tǒng)，即偽線性系統(tǒng)，使之成為了可用線性系統(tǒng)的各種控制理論來完成偽線性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。逆系統(tǒng)方法物理概念清晰、數(shù)學(xué)推導(dǎo)簡(jiǎn)單、易于理解，在一些非線性系統(tǒng)控制中得到了廣泛應(yīng)用。
[0005]變結(jié)構(gòu)控制具有響應(yīng)速度快、對(duì)系統(tǒng)外部參數(shù)變化不敏感、魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用到永磁同步發(fā)電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制可增強(qiáng)轉(zhuǎn)矩和磁鏈響應(yīng)的快速性和魯棒性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是，根據(jù)永磁同步發(fā)電機(jī)采用傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法存在的問題，本發(fā)明公開一種新的永磁同步發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)永磁同步發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈幅值的線性化解耦控制。
[0007]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是，本發(fā)明一種新的永磁同步發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法步驟如下:
[0008](I)建立永磁同步發(fā)電機(jī)在α β坐標(biāo)系下的非線性數(shù)學(xué)模型；
[0009](2)對(duì)轉(zhuǎn)速控制環(huán)進(jìn)行設(shè)計(jì):設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速控制環(huán)的PI型控制器，將轉(zhuǎn)速指令值與實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速值通過PI型控制器運(yùn)算，得出內(nèi)環(huán)電磁轉(zhuǎn)矩的指令值；
[0010](3)建立永磁同步發(fā)電機(jī)定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩幅值為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程；
[0011](4)求出永磁同步發(fā)電機(jī)原系統(tǒng)的逆系統(tǒng)表達(dá)式；
[0012](5)構(gòu)建一個(gè)新的偽線性系統(tǒng)；
[0013](6)求出偽線性系統(tǒng)等效的線性化子系統(tǒng)；
[0014](7)采用變指數(shù)趨近律的方法設(shè)計(jì)等效的線性化子系統(tǒng)的滑模變結(jié)構(gòu)控制律；
[0015](8)將此控制律代入上述逆系統(tǒng)的表達(dá)式中，反解出原系統(tǒng)的控制量。本發(fā)明永磁同步發(fā)電機(jī)在α β坐標(biāo)系下的非線性數(shù)學(xué)模型為:
[0016]定子電流方程為:..Rs.&e I
【權(quán)利要求】
1.一種永磁同步發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，所述方法的步驟為: (1)建立永磁同步發(fā)電機(jī)在αβ坐標(biāo)系下的非線性數(shù)學(xué)模型； (2)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速控制環(huán)的PI型控制器，將轉(zhuǎn)速指令值與實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速值通過PI型控制器運(yùn)算，得出內(nèi)環(huán)電磁轉(zhuǎn)矩的指令值； (3)建立永磁同步發(fā)電機(jī)定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩幅值為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程； (4)求出永磁同步發(fā)電機(jī)原系統(tǒng)的逆系統(tǒng)表達(dá)式； (5)構(gòu)建一個(gè)新的偽線性系統(tǒng)； (6)求出偽線性系統(tǒng)等效的線性化子系統(tǒng)； (7)采用變指數(shù)趨近律的方法設(shè)計(jì)等效的線性化子系統(tǒng)的滑模變結(jié)構(gòu)控制律； (8)將此控制律代入逆系統(tǒng)的表達(dá)式中，反解出原系統(tǒng)的控制量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，所述非線性數(shù)學(xué)模型為: 定子電流方程為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，所述內(nèi)環(huán)電磁轉(zhuǎn)矩的指令值為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，選取系統(tǒng)的狀態(tài)變量為[X^X2] = [Te, Vs],控制量為[U^u2] = [usa, Use],輸出量為Hy^y2]=[xl, X2] = [Te, ￥s]所述狀態(tài)方程為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，所述逆系統(tǒng)表達(dá)式為:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，所述線性化子系統(tǒng)為:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，所述反解出原系統(tǒng)的控制量為:
【文檔編號(hào)】H02P21/14GK103986398SQ201410217088
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】劉向向, 鄭宜超 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院