CN105356808A - 转矩控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转矩控制方法及系统。其中方法包括：读取逆变器输出端的输出电压和输出电流，并根据输出电压和输出电流获得电机的电磁转矩、定子磁链及电子磁链角度；对电磁转矩、定子磁链和电子磁链角度进行分析，得到参考电压空间矢量；对参考电压空间矢量进行处理，得到参考电压空间矢量的所在位置和持续时间；根据参考电压空间矢量的所在位置和持续时间控制电机转矩。其有效的减小了转矩脉动，使得磁链圆能够更快的达到平稳状态。

Description

转矩控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电机控制领域，特别是涉及一种转矩控制方法及系统。

背景技术

传统的电机转矩的控制通常采用电压矢量选择表的方法进行直接转矩控制，其是将逆变器输出的三相电压电流转换为两相静止坐标系下的两相电压电流后，计算得到两相坐标系下的磁链分量，磁链大小及磁链角度，并计算给定磁链与计算得到的磁链的差值，同时根据两相坐标系下的电压电流计算电机的转矩，并计算给定转矩与计算得到的转矩的差值，将给定磁链与计算得到的磁链差值、给发转矩与计算得到的转矩的差值以及磁链角度送入到电压矢量选择中，从电压矢量选择中选择出合适的电压空间矢量，从而控制逆变器功率管的开关状态，达到控制电机转矩的目的。但是上述传统方法由于电压空间矢量的切换，存在转矩脉动较大的缺点。

发明内容

鉴于此，有必要针对转矩脉动较大问题，提供一种能够有效减小转矩脉动的转矩控制方法及系统。

为达到发明目的，提供一种转矩控制方法，所述方法包括：

读取逆变器输出端的输出电压和输出电流，并根据所述输出电压和所述输出电流获得电机的电磁转矩、定子磁链及电子磁链角度；

对所述电磁转矩、所述定子磁链和所述电子磁链角度进行分析，得到参考电压空间矢量；

对所述参考电压空间矢量进行处理，得到所述参考电压空间矢量的所在位置和持续时间；

根据所述参考电压空间矢量的所在位置和持续时间控制电机转矩。

在其中一个实施例中，所述读取逆变器输出端的输出电压和输出电流，并根据所述输出电压和所述输出电流获得电机的电磁转矩、定子磁链及电子磁链角度的步骤包括：

检测所述逆变器输出端的三相电压和三相电流，将所述三相电压和所述三相电流转换为两相电压和两相电流，获得所述两相电压的电压分量u_α、u_β以及所述两相电流的电流分量i_α、i_β；

根据电压分量u_α和电流分量i_α计算电机定子的第一磁链分量ψ_α，根据电压分量u_β和电流分量i_β计算电机定子的第二磁链分量ψ_β；

根据所述第一磁链分量ψ_α和所述第二磁链分量ψ_β计算获得所述定子磁链ψ_s及所述定子磁链ψ_s的所述电子磁链角度θ_s；以及

根据电流分量i_α、i_β和所述第一磁链分量ψ_α、所述第二磁链分量ψ_β计算获得所述电机的所述电磁转矩T_e。

在其中一个实施例中，所述对所述电磁转矩、所述定子磁链和所述电子磁链角度进行分析，得到参考电压空间矢量的步骤包括：

获取电机的给定磁链ψ_s ^*和给定转矩T_e ^*；

计算所述给定转矩T_e ^*和所述电磁转矩T_e的转矩差值，将所述转矩差值进行PI运算，并对PI运算后的转矩差值进行求导运算，获得转矩运算结果；

将所述转矩运算结果，所述给定磁链ψ_s ^*，所述定子磁链ψ_s，所述电子磁链角度θ_s以及所述两相电流的电流分量i_α、i_β输入到参考电压空间矢量估计器中；

所述参考电压空间矢量估计器根据所述给定磁链ψ_s ^*，所述定子磁链ψ_s，所述电子磁链角度θ_s以及所述两相电流的电流分量i_α、i_β输出所述参考电压空间矢量。

在其中一个实施例中，所述对所述参考电压空间矢量进行处理，得到所述参考电压空间矢量的所在位置和持续时间的步骤包括：

根据所述SVPWM算法的基本原理获取所述参考电压空间矢量的所在位置；

根据矢量合成原理和正弦定理获得合成所述参考电压空间矢量的两个基本电压空间矢量，进而获得两个所述基本电压空间矢量对应的磁链轨迹长度；

根据矢量线速度恒定原则获得所述基本电压空间矢量的持续时间与相应的磁链轨迹长度成正比；

根据所述磁链轨迹长度获得两个所述基本电压空间矢量的持续时间。

在其中一个实施例中，在所述对所述参考电压空间矢量进行处理，得到所述参考电压空间矢量的所在位置和持续时间的步骤之后还包括：

对所述参考电压空间矢量的持续时间进行修正。

本发明还提供一种转矩控制系统，所述系统包括：

读取获得模块，用于读取逆变器输出端的输出电压和输出电流，并根据所述输出电压和所述输出电流获得电机的电磁转矩、定子磁链及电子磁链角度；

分析获得模块，用于对所述电磁转矩、所述定子磁链和所述电子磁链角度进行分析，得到参考电压空间矢量；

处理获得模块，用于对所述参考电压空间矢量进行处理，得到所述参考电压空间矢量的所在位置和持续时间；

控制模块，用于根据所述参考电压空间矢量的所在位置和持续时间控制电机转矩。

在其中一个实施例中，所述读取获得模块包括：

检测转换单元，用于检测所述逆变器输出端的三相电压和三相电流，将所述三相电压和所述三相电流转换为两相电压和两相电流，获得所述两相电压的电压分量u_α、u_β以及所述两相电流的电流分量i_α、i_β；

第一计算单元，用于根据电压分量u_α和电流分量i_α计算电机定子的第一磁链分量ψ_α，根据电压分量u_β和电流分量i_β计算电机定子的第二磁链分量ψ_β；

第二计算单元，根据所述第一磁链分量ψ_α和所述第二磁链分量ψ_β计算获得所述定子磁链ψ_s及所述定子磁链ψ_s的所述电子磁链角度θ_s；

第三计算单元，用于根据电流分量i_α、i_β和所述第一磁链分量ψ_α、所述第二磁链分量ψ_β计算获得所述电机的所述电磁转矩T_e。

在其中一个实施例中，所述分析获得模块包括：

第一获取单元，用于获取电机的给定磁链ψ_s ^*和给定转矩T_e ^*；

运算单元，用于计算所述给定转矩T_e ^*和所述电磁转矩T_e的转矩差值，将所述转矩差值进行PI运算，并对PI运算后的转矩差值进行求导运算，获得转矩运算结果；

输入单元，用于将所述转矩运算结果，所述给定磁链ψ_s ^*，所述定子磁链ψ_s，所述电子磁链角度θ_s以及所述两相电流的电流分量i_α、i_β输入到参考电压空间矢量估计器中；

输出单元，用于所述参考电压空间矢量估计器根据所述给定磁链ψ_s ^*，所述定子磁链ψ_s，所述电子磁链角度θ_s以及所述两相电流的电流分量i_α、i_β输出所述参考电压空间矢量。

在其中一个实施例中，所述处理获得模块包括：

第二获取单元，用于根据所述SVPWM算法的基本原理获取所述参考电压空间矢量的所在位置；

第三获取单元，用于根据矢量合成原理和正弦定理获得合成所述参考电压空间矢量的两个基本电压空间矢量，进而获得两个所述基本电压空间矢量对应的磁链轨迹长度；

第四获取单元，用于根据矢量线速度恒定原则获得所述基本电压空间矢量的持续时间与相应的磁链轨迹长度成正比；

第五获取单元，用于根据所述磁链轨迹长度获得两个所述基本电压空间矢量的持续时间。

在其中一个实施例中，还包括：

修正模块，用于对所述参考电压空间矢量的持续时间进行修正。

本发明的有益效果包括：

上述转矩控制方法及系统，采用参考电压空间矢量估计模型和SVPWM算法替代传统直接转矩控制方法中的电磁转矩的滞环控制和电压矢量选择表，参考电压空间矢量分配更加合理，有效改善了磁链的不对称性，相对于传统的采用电压矢量选择表的直接转矩控制方法，其磁链轨迹更近似于圆形，磁链圆能够更快的达到平稳状态，转速也更容易达到平稳状态，转速更为平稳，波动更少，同时，上述转矩控制方法不存在电压空间矢量的切换，因此转矩脉动明显减小。

附图说明

图1为一个实施例中的传统的转矩控制系统的电压选取表；

图2为图1所示电压选取表的选取条件示意图；

图3为一个实施例中的采用参考电压空间矢量估计模型和SVPWM算法的转矩控制系统的示意图；

图4为一个实施例中的转矩控制方法的流程示意图；

图5为一个实施例中的电压空间矢量分布即6个扇区在三相正弦电压波形图上位置的示意图；

图6为一个实施例中的第I扇区的基于SVPWM的对称调制模式示意图；

图7为一个实施例中的第II扇区的基于SVPWM的对称调制模式示意图；

图8为一个实施例中的第III扇区的基于SVPWM的对称调制模式示意图；

图9为一个实施例中的第IV扇区的基于SVPWM的对称调制模式示意图；

图10为一个实施例中的第V扇区的基于SVPWM的对称调制模式示意图；

图11为一个实施例中的第VI扇区的基于SVPWM的对称调制模式示意图；

图12为一个实施例中的基于SVPWM的对称调试模式在6个扇区的分布示意图；

图13为一个实施例中的转矩控制系统的结构示意图；

图14为一个实施例中的传统的直接转矩控制系统的转速仿真波形图；

图15为一个实施例中的基于SVPWM的直接转矩控制系统的转速仿真波形图；

图16为一个实施例中的传统的直接转矩控制系统的电流仿真波形图；

图17为一个实施例中的基于SVPWM的直接转矩控制系统的电流仿真波形图；

图18为一个实施例中的传统的直接转矩控制系统的磁链仿真波形图；

图19为一个实施例中的基于SVPWM的直接转矩控制系统的磁链仿真波形图；

图20为一个实施例中的传统的直接转矩控制系统的转矩仿真波形图；

图21为一个实施例中的基于SVPWM的直接转矩控制系统的转矩仿真波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明转矩控制方法及系统进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在一个实施例中，如图3、图4所示，提供了一种转矩控制方法，该方法包括：

S100，读取逆变器输出端的输出电压和输出电流，并根据输出电压和输出电流获得电机的电磁转矩、定子磁链及电子磁链角度。

S200，对电磁转矩、定子磁链和电子磁链角度进行分析，得到参考电压空间矢量。

S300，对参考电压空间矢量进行处理，得到参考电压空间矢量的所在位置和持续时间。

S400，根据参考电压空间矢量的所在位置和持续时间控制电机转矩。

本实施例中，逆变器一般有N个功率开关管(例如，6个)，任何时刻有且仅有部分开关器件导通(例如只有3个开关器件导通)，而且上、下桥臂的开关器件是互锁的，因此逆变器实际上只有个基本的开关状态。以6个功率开关管为例进行说明：6个功率开关管对应有8个基本的开关状态，若用数字“1”表示相应上桥臂开关器件处于导通状态，而下桥臂开关器件处于关断状态；用数字“0”表示相应上桥臂开关器件处于断开状态，而下桥臂开关器件处于导通状态。则这8种开关状态可用8个开关相量表示，分别为“000，100，110，...，101，111”。对应的8个基本电压空间矢量如图12所示。图12中的基本电压空间矢量包括6个幅值相等、相位互差π/3电角度的非零矢量u1～u6，它们将α-β直角坐标系的复平面分成了6个扇区I～VI；还有两个位于复平面中心的幅值为零的零矢量u0、u7。SVPWM控制策略是通过合理控制两个相邻非零矢量及零矢量之间的切换，在每个开关周期内去逼近参考电压空间矢量使合成电压矢量的轨迹逼近圆形。以参考电压空间矢量位于扇区I为例，在一个采样周期内参考电压空间矢量可由非零电压矢量u1、u2及零电压矢量u0、u7合成，通过控制逆变器输出电压矢量u1、u2及u0、u7的切换时刻，可以逼近参考电压空间矢量

在一个采样周期内，把每一个电压矢量的持续时间一分为二，把零矢量的持续时间等分为u0、u7，这样逆变器中的开关器件的开关状态对称分布，实现了电压矢量的对称调制，对称调制能够有效的改善磁链的不对称性，使磁链轨迹相对于传统的采用电压矢量选择表的转矩控制方法更近似于圆形，这样参考电压空间矢量在输出时更加平稳。参见图5至图11所示，图5是电压空间矢量分布及6个扇区在三相正弦电压波形图上的位置，图6至图11分别是是第I扇区的SVPWM(SpaceVectorPulseWidthModulation，空间矢量脉宽调制)对称调制模式图，第II扇区SVPWM对称调制模式图，第III扇区SVPWM对称调制模式图，第IV扇区SVPWM对称调制模式图，第V扇区SVPWM对称调制模式图和第VI扇区SVPWM对称调制模式图。图6至图11中的三条横线是三相调制波，正三角形为载波。其中，图6是一个采样周期内的三相调制波，从图6中可以得出，u_a>u_b>u_c，相当于图6与图5的第I扇区对应；图7是一个采样周期内的三相调制波，从图7中可以看出，u_b>u_a>u_c，相当于图7与图5中的第II扇区对应；图8是一个采样周期内的三相调制波，从图8中可以看出，u_b>u_c>u_a，相当于图8与图5中的第III扇区对应；图9是一个采样周期内的三相调制波，从图9中可以看出，u_c>u_b>u_a，相当于图9与图5中的第IV扇区对应；图10是一个采样周期内的三相调制波，从图10中可以看出，u_c>u_a>u_b，相当于图10与图5中的第V扇区对应；图11是一个采样周期内的三相调制波，从图11中可以看出，u_a>u_c>u_b，相当于图11与图5中的第VI扇区对应。根据调制波和载波的焦点，得出相应区间三相电平的曲线，继而根据这些曲线的高低电平，得到8个电压矢量，依次为u0(000)、u1(100)、u2(110)、u7(111)、u7(111)、u2(110)、u1(100)、u0(000)，各个小段所占时间如图5所示。电压空间矢量六个扇区中非零矢量与零矢量的具体排列顺序选择如图12所示，6个扇区内由不同的电平梯度线构成，三个梯形线分别表示a、b、c三点输出的电平。从图12中可以看出，通过控制逆变器输出电压矢量u1、u2及u0、u7的持续时间去逼近参考电压空间矢量，在逼近参考电压空间矢量时需要相邻两个非零矢量和两个零矢量共同作用实现的，改变的是电压向量的持续时间，不存在电压矢量的切换。图1是传统的采用电压矢量选择表的转矩控制系统的电压选取表，图2是图1所示电压选取表的选择条件示意图，从图1和图2结合公式：

$\begin{array}{cc}\mathrm{\&tau;}=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\&Delta;T}}_e>0\\ -1& {\mathrm{\&Delta;T}}_e<0\\ 0& {\mathrm{\&Delta;T}}_e=0\end{array}\right.& \mathrm{\&psi;}=\left\{\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\&Delta;\&psi;}}_s>0\\ 0& {\mathrm{\&Delta;\&psi;}}_s<0\end{array}\right.\end{array}$

其中，τ为给定转矩与检测得到的转矩的差值，ψ为给定磁链与检测得到的磁链的差值。

可得出，在电压选择表中选择电压矢量时存在电压空间矢量的切换(如从电压矢量u6直接切换到u1或从u2直接切换到u3)，而在电压空间矢量切换时存在脉动转矩过大的缺点，本实施例中选择相邻非零矢量和两个零矢量去逼近参考电压空间矢量时，有效的克服了电压空间矢量切换的缺陷，使得转矩脉动明显减小。

需要说明的是，在一个实施例中，逆变器输出电压为三相电压，输出电流为三相电流。

具体的，在一个实施例中，步骤S100包括：

检测逆变器输出端的三相电压和三相电流，将三相电压和三相电流转换为两相电压和两相电流，获得两相电压的电压分量u_α、u_β以及两相电流的电流分量i_α、i_β。根据电压分量u_α和电流分量i_α计算电机定子的第一磁链分量ψ_α，根据电压分量u_β和电流分量i_β计算电机定子的第一磁链分量ψ_β。根据第一磁链分量ψ_α和第二磁链分量ψ_β计算获得定子磁链ψ_s及定子磁链ψ_s的电子磁链角度θ_s。以及根据电流分量i_α、i_β和第一磁链分量ψ_α、第二磁链分量ψ_β计算获得电机的电磁转矩T_e。

从逆变器的输出端检测三相电压u_a、u_b、u_c和三相电流i_a、i_b、i_c，三相电压和三相电流经过3/2变换后能够得到两相静止坐标系(α、β轴)下的两相电压u_α、u_β和两相电流i_α、i_β，两相电压u_α、u_β和两相电流i_α、i_β经过积分器后可得到电子定子的第一磁链分量ψ_α和第二磁链分量ψ_β，从而得到定子磁链ψ_s及电子磁链角度θ_s。同时，根据电流分量i_α、i_β和计算得到的第一磁链分量ψ_α、第二磁链分量ψ_β计算获得电机的电磁转矩T_e。获得定子磁链ψ_s(定子磁链大小)及电子磁链角度θ_s(定子磁链空间位置)和电磁转矩T_e(电磁转矩大小)后才能获得参考电压空间矢量，从而控制逆变器中功率开关管的开关状态，达到控制电机转矩的目的。

以上是有三相电压和三相电流获得电磁转矩T_e、定子磁链ψ_s及电子磁链角度θ_s的具体实施步骤，描述较为具体，但不用于限定本发明，也可以采用其他方法达到获得电磁转矩T_e、定子磁链ψ_s及电子磁链角度θ_s的目的。

在一个实施例中，步骤S200包括：

获取电机的给定磁链ψ_s ^*和给定转矩T_e ^*。计算给定转矩T_e ^*和电磁转矩T_e的转矩差值，将转矩差值进行PI运算，并对PI运算后的转矩差值进行求导运算，获得转矩运算结果。将转矩运算结果，给定磁链ψ_s ^*，定子磁链ψ_s，电子磁链角度θ_s以及两相电流的电流分量i_α、i_β输入到参考电压空间矢量估计器中。

参考电压空间矢量估计器根据给定磁链ψ_s ^*，定子磁链ψ_s，电子磁链角度θ_s以及两相电流的电流分量i_α、i_β输出参考电压空间矢量。

上述是采用参考电压空间矢量估计器获得参考电压空间矢量的具体实施方法，通过对各磁链矢量和电流矢量进行分析得到参考电压空间矢量从而得到参考电压空间矢量的幅值和位置角以及参考电压空间矢量在α、β轴上的分量并将参考电压空间矢量作为给定变量输入到SVPWM算法中。参考电压空间矢量估计器与SVPWM算法结合能够使电压矢量分配更加合理，有效减小电机的转矩波动，磁链圆更快的达到平稳状态。

在一个实施例中，步骤S300包括：根据SVPWM算法的基本原理获取参考电压空间矢量的所在位置。根据矢量合成原理和正弦定理获得合成参考电压空间矢量的两个基本电压空间矢量u_x、u_y。根据矢量线速度恒定原则获得基本电压空间矢量的持续时间与相应的磁链轨迹长度成正比。根据磁链轨迹长度获得两个基本电压空间矢量u_x、u_y的持续时间t_x、t_y。

参考电压空间矢量后，就能得到参考电压空间矢量的幅值和位置角以及参考电压空间矢量在α、β轴上的分量从而得到参考电压空间矢量在α-β直角坐标系上的具体位置，由于α-β直角坐标系的复平面分成了6个扇区I～VI，因此便可得到参考电压空间矢量的所在位置，例如：参考电压空间矢量的位置角在0～60°时，参考电压空间矢量位于第一扇区I，位置角在60～120°时，参考电压空间矢量位于第二扇区II，……，位置角在300～360°时，参考电压空间矢量位于第六扇区VI。获得电压空间矢量的所在位置后，便能得到所在扇区对应的两个非零矢量，根据矢量合成原理和正弦定理获得合成电压空间矢量的两个基本电压空间矢量u_x、u_y，进而获得两个基本电压空间矢量对应的磁链轨迹长度。根据矢量线速度恒定原则，即|u_p|＝U_d，按照公式ψ＝u_pt获得基本电压空间矢量的持续时间与相应的磁链轨迹长度成正比，根据基本电压空间矢量的持续时间与磁链轨迹长度成正比的关系和磁链轨迹长度获得两个基本电压空间矢量u_x、u_y的持续时间t_x、t_y。获得两个基本空间矢量的持续时间t_x、t_y后，便能通过控制两个基本电压空间矢量的持续时间t_x、t_y来逼近参考电压空间矢量，从而使电压矢量分配更加合理，磁链的输出轨迹更接近圆形，逆变器能够输出更加稳定的正弦波，逆变器的输出端与电机连接，因此逆变器输出稳定的正弦波能够有效的控制电机转矩，减少电机转矩脉动。优选的，电机为永磁同步电机。

在一个实施例中，步骤S300之后还包括：对参考电压空间矢量的持续时间进行修正。

当电机在运行过程中突然加速、减速时，控制系统提供的参考电压空间矢量可能会超出逆变器输出的最大电压矢量值，这种现象叫做过调，为保证合适的电压矢量值，需要对参考电压空间矢量的持续时间进行修正。具体的，获取合成参考电压空间矢量的两个基本电压空间矢量u_x、u_y，以及这两个基本电压空间矢量u_x、u_y的持续时间t_x、t_y，并判断t_x+t_y>Ts是否成立，即判断两个基本电压空间矢量的持续时间之和是否大于采样周期时间，若是，则说明出现过调现象，对持续时间t_x、t_y进行修正，若否，则说明没有出现过调现象，无需持续时间t_x、t_y进行修正处理。对持续时间t_x、t_y进行修正的具体过程如下：

设两个基本电压空间矢量修正后的持续时间为t′_x、t′_y，根据得到修正系数： $t_x^{\&prime;}=\frac{t_x}{t_x+t_y}{T}_S;$

$t_y^{\&prime;}=T_S-\frac{t_x}{t_x+t_y}{T}_S;$

t₀＝0(零矢量的才持续时间)

以修正后的持续时间去逼近逆变器所要输出的参考电压空间矢量，以防止过调现象的发生，这样电机在运行过程中突然加速减速时转速更为平稳，波动更小，转速能够更快的恢复到平稳状态。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

在一个实施例中，如图13所示，还提供了一种转矩控制系统，该系统包括：读取获得模块100，用于读取逆变器输出端的输出电压和输出电流，并根据输出电压和输出电流获得电机的电磁转矩、定子磁链及电子磁链角度。分析获得模块200，用于对电磁转矩、定子磁链和电子磁链角度进行分析，得到参考电压空间矢量。处理获得模块300，用于对参考电压空间矢量进行处理，得到参考电压空间矢量的所在位置和持续时间。控制模块400，用于根据参考电压空间矢量的所在位置和持续时间控制电机转矩。

本实施例中的转矩控制系统，采用参考电压空间矢量估计模型和SVPWM算法替代传统直接转矩控制方法中的电磁转矩的滞环控制和电压矢量选择表，参考电压空间矢量分配更加合理，有效改善了磁链的不对称性，减小了转矩脉动和电流波动，相对于传统的采用电压矢量选择表的直接转矩控制方法，本实施例中的转矩控制方法磁链轨迹更近似于圆形，磁链圆能够更快的达到平稳状态，转速也更容易达到平稳状态，转速更为平稳，波动更少，尤其在电机启动和改变负载的时候更为明显。

以下结合具体的仿真结果波形图对采用SVPWM算法得到的结果进行详细论述说明。参见图14、15，图14为传统的直接转矩控制系统的一个实施例中转速仿真波形图，图15为基于SVPWM直接转矩控制系统的一个实施例中的转速仿真波形图中，从图14、15中可以看出，虽然两种控制算法下转速均可以快速的到达稳定状态，但还是可以看出在SVPWM算法下的转速更为平稳，波动更少，尤其是在启动和0.1s改变负载的时候，可以明显的看出SVPWM算法下的转速比传统算法下的转速更平稳，波动更少。参见图16、17，图16为传统的直接转矩控制系统的一个实施例中的电流仿真波形图，图17为基于SVPWM的直接转矩控制系统的一个实施例中的电流仿真波形图，从图16、17中可以看出，从0.01s开始电流呈为平稳的正弦波形，电机正常运行，在0.1s增加负载时，电流出现波动，但很快再次恢复平滑的正弦波，虽然传统的采用电压选取表算法与基于SVPWM算法的控制系统产生的电流仿真波大体上相似，但对图16和图17进行比对，还是能发现基于SVPWM算法下的电流波动更小，且波动恢复速度更快。参见图18、19，图18为传统的直接转矩控制系统的一个实施例中的磁链仿真波形图，图19为基于SVPWM的直接转矩控制系统的一个实施例中的磁链仿真波形图，从图18、19中可以看出，两种控制系统的磁链幅值脉动近似，都在磁链圆半径0.2Web处浮动，但采用SVPWM算法的控制系统相比传统的控制系统能够更快的达到平稳状态。参见图20、21，图20为传统的直接转矩控制系统的一个实施例中的转矩仿真波形图，图21为基于SVPWM的直接转矩控制系统的一个实施例中的转矩仿真波形图，从图20、21的对比中可以看出，基于SVPWM的直接转矩控制系统很明显的减小了转矩脉动。

在一个实施例中，读取获得模块100包括：检测转换单元110，用于检测逆变器输出端的三相电压和三相电流，将三相电压和三相电流转换为两相电压和两相电流，获得两相电压的电压分量u_α、u_β以及两相电流的电流分量i_α、i_β。第一计算单元120，用于根据电压分量u_α和电流分量i_α计算电机定子的第一磁链分量ψ_α，根据电压分量u_β和电流分量i_β计算电机定子的第二磁链分量ψ_β。第二计算单元130，根据第一磁链分量ψ_α和第二磁链分量ψ_β计算获得定子磁链ψ_s及定子磁链ψ_s的电子磁链角度θ_s。第三计算单元140，用于根据电流分量i_α、i_β和第一磁链分量ψ_α、第二磁链分量ψ_β计算获得电机的电磁转矩T_e。

在一个实施例中，分析获得模块200包括：第一获取单元210，用于获取电机的给定磁链ψ_s ^*和给定转矩T_e ^*。运算单元220，用于计算给定转矩T_e ^*和电磁转矩T_e的转矩差值，将转矩差值进行PI运算，并对PI运算后的转矩差值进行求导运算，获得转矩运算结果。输入单元230，用于将转矩运算结果，给定磁链ψ_s ^*，定子磁链ψ_s，电子磁链角度θ_s以及两相电流的电流分量i_α、i_β输入到参考电压空间矢量估计器中。输出单元240，用于参考电压空间矢量估计器根据给定磁链ψ_s ^*，定子磁链ψ_s，电子磁链角度θ_s以及两相电流的电流分量i_α、i_β输出参考电压空间矢量。

在一个实施例中，处理获得模块300包括：第二获取单元310，用于根据SVPWM算法的基本原理获取参考电压空间矢量的所在位置。第三获取单元320，用于根据矢量合成原理和正弦定理获得合成参考电压空间矢量的两个基本电压空间矢量，进而获得两个基本电压空间矢量对应的磁链轨迹长度。第四获取单元330，用于根据矢量线速度恒定原则获得基本电压空间矢量的持续时间与相应的磁链轨迹长度成正比。第五获取单元340，用于根据磁链轨迹长度获得两个基本电压空间矢量的持续时间。

在一个实施例中，还包括：修正模块300′，用于对参考电压空间矢量的持续时间进行修正。

由于此系统解决问题的原理与前述一种转矩控制方法相似，因此该系统的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种转矩控制方法，其特征在于，所述方法包括：

读取逆变器输出端的输出电压和输出电流，并根据所述输出电压和所述输出电流获得电机的电磁转矩、定子磁链及电子磁链角度；

对所述电磁转矩、所述定子磁链和所述电子磁链角度进行分析，得到参考电压空间矢量；

对所述参考电压空间矢量进行处理，得到所述参考电压空间矢量的所在位置和持续时间；

根据所述参考电压空间矢量的所在位置和持续时间控制电机转矩。

2.根据权利要求1所述的转矩控制方法，其特征在于，所述读取逆变器输出端的输出电压和输出电流，并根据所述输出电压和所述输出电流获得电机的电磁转矩、定子磁链及电子磁链角度的步骤包括：

检测所述逆变器输出端的三相电压和三相电流，将所述三相电压和所述三相电流转换为两相电压和两相电流，获得所述两相电压的电压分量u_α、u_β以及所述两相电流的电流分量i_α、i_β；

根据电压分量u_α和电流分量i_α计算电机定子的第一磁链分量ψ_α，根据电压分量u_β和电流分量i_β计算电机定子的第二磁链分量ψ_β；

根据所述第一磁链分量ψ_α和所述第二磁链分量ψ_β计算获得所述定子磁链ψ_s及所述定子磁链ψ_s的所述电子磁链角度θ_s；以及

根据电流分量i_α、i_β和所述第一磁链分量ψ_α、所述第二磁链分量ψ_β计算获得所述电机的所述电磁转矩T_e。

3.根据权利要求2所述的转矩控制方法，其特征在于，所述对所述电磁转矩、所述定子磁链和所述电子磁链角度进行分析，得到参考电压空间矢量的步骤包括：

获取电机的给定磁链ψ_s ^*和给定转矩T_e ^*；

计算所述给定转矩T_e ^*和所述电磁转矩T_e的转矩差值，将所述转矩差值进行PI运算，并对PI运算后的转矩差值进行求导运算，获得转矩运算结果；

将所述转矩运算结果，所述给定磁链ψ_s ^*，所述定子磁链ψ_s，所述电子磁链角度θ_s以及所述两相电流的电流分量i_α、i_β输入到参考电压空间矢量估计器中；

所述参考电压空间矢量估计器根据所述给定磁链ψ_s ^*，所述定子磁链ψ_s，所述电子磁链角度θ_s以及所述两相电流的电流分量i_α、i_β输出所述参考电压空间矢量。

4.根据权利要求1所述的转矩控制方法，其特征在于，所述对所述参考电压空间矢量进行处理，得到所述参考电压空间矢量的所在位置和持续时间的步骤包括：

根据所述SVPWM算法的基本原理获取所述参考电压空间矢量的所在位置；

根据矢量合成原理和正弦定理获得合成所述参考电压空间矢量的两个基本电压空间矢量，进而获得两个所述基本电压空间矢量对应的磁链轨迹长度；

根据矢量线速度恒定原则获得所述基本电压空间矢量的持续时间与相应的磁链轨迹长度成正比；

根据所述磁链轨迹长度获得两个所述基本电压空间矢量的持续时间。

5.根据权利要求1所述的转矩控制方法，其特征在于，在所述对所述参考电压空间矢量进行处理，得到所述参考电压空间矢量的所在位置和持续时间的步骤之后还包括：

对所述参考电压空间矢量的持续时间进行修正。

6.一种转矩控制系统，其特征在于，所述系统包括：

读取获得模块，用于读取逆变器输出端的输出电压和输出电流，并根据所述输出电压和所述输出电流获得电机的电磁转矩、定子磁链及电子磁链角度；

分析获得模块，用于对所述电磁转矩、所述定子磁链和所述电子磁链角度进行分析，得到参考电压空间矢量；

处理获得模块，用于对所述参考电压空间矢量进行处理，得到所述参考电压空间矢量的所在位置和持续时间；

控制模块，用于根据所述参考电压空间矢量的所在位置和持续时间控制电机转矩。

7.根据权利要求6所述的转矩控制系统，其特征在于，所述读取获得模块包括：

检测转换单元，用于检测所述逆变器输出端的三相电压和三相电流，将所述三相电压和所述三相电流转换为两相电压和两相电流，获得所述两相电压的电压分量u_α、u_β以及所述两相电流的电流分量i_α、i_β；

第一计算单元，用于根据电压分量u_α和电流分量i_α计算电机定子的第一磁链分量ψ_α，根据电压分量u_β和电流分量i_β计算电机定子的第二磁链分量ψ_β；

第二计算单元，根据所述第一磁链分量ψ_α和所述第二磁链分量ψ_β计算获得所述定子磁链ψ_s及所述定子磁链ψ_s的所述电子磁链角度θ_s；

第三计算单元，用于根据电流分量i_α、i_β和所述第一磁链分量ψ_α、所述第二磁链分量ψ_β计算获得所述电机的所述电磁转矩_Te。

8.根据权利要求7所述的转矩控制系统，其特征在于，所述分析获得模块包括：

第一获取单元，用于获取电机的给定磁链ψ_s ^*和给定转矩T_e ^*；

运算单元，用于计算所述给定转矩T_e ^*和所述电磁转矩T_e的转矩差值，将所述转矩差值进行PI运算，并对PI运算后的转矩差值进行求导运算，获得转矩运算结果；

输入单元，用于将所述转矩运算结果，所述给定磁链ψ_s ^*，所述定子磁链ψ_s，所述电子磁链角度θ_s以及所述两相电流的电流分量i_α、i_β输入到参考电压空间矢量估计器中；

输出单元，用于所述参考电压空间矢量估计器根据所述给定磁链ψ_s ^*，所述定子磁链ψ_s，所述电子磁链角度θ_s以及所述两相电流的电流分量i_α、i_β输出所述参考电压空间矢量。

9.根据权利要求6所述的转矩控制系统，其特征在于，所述处理获得模块包括：

第二获取单元，用于根据所述SVPWM算法的基本原理获取所述参考电压空间矢量的所在位置；

第三获取单元，用于根据矢量合成原理和正弦定理获得合成所述参考电压空间矢量的两个基本电压空间矢量，进而获得两个所述基本电压空间矢量对应的磁链轨迹长度；

第四获取单元，用于根据矢量线速度恒定原则获得所述基本电压空间矢量的持续时间与相应的磁链轨迹长度成正比；

第五获取单元，用于根据所述磁链轨迹长度获得两个所述基本电压空间矢量的持续时间。

10.根据权利要求6所述的转矩控制系统，其特征在于，还包括：

修正模块，用于对所述参考电压空间矢量的持续时间进行修正。