CN105846745A - 一种无刷直流电机直接转矩控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无刷直流电机直接转矩控制系统和控制方法，系统包括光电编码器、定子电流和端电压检测电路、转速计算器、转速误差比较器、转速调节器、磁链观测器、磁链误差比较器、磁链滞环比较器、转矩观测器、转矩误差比较器、转矩滞环比较器、PWM控制器和三相桥式逆变电路。光电编码器采集电机转子的位置信息，根据转子位置信息计算出实际转速，根据转子位置信息以及参考转矩，计算定子磁链给定值，采集定子三相电流和端电压来计算实际电磁转矩和实际定子磁链，PWM控制器根据转矩误差和磁链误差，产生电压矢量，通过电压矢量驱动逆变电路，实现电机稳定运行。本发明不需要实时计算磁链，简化系统程序，提高控制效率。

Description

一种无刷直流电机直接转矩控制系统和控制方法

技术领域

本发明属于无刷直流电机控制技术领域，特别涉及了一种无刷直流电机直接转矩控制系统和控制方法。

背景技术

无刷直流电机是一种在传统直流电机基础上发展起来的新型直流电机，具有控制简单、效率高、动态响应好、可靠性高等优点。目前，无刷直流电机的应用已经从最初的军事工业，向航空航天、信息、生产、医疗以及工业自动化领域迅速发展。

直接转矩控制是一种高性能的电机调速技术，它摒弃了矢量控制的解耦控制思想，利用电机转矩磁链的直接闭环来获得快速的转矩响应和优良的控制性能，并且在感应电机和永磁同步电动机上已获得成功，近年来直接转矩控制技术开始应用于无刷直流电机。

常用的无刷直流电机直接转矩控制方法是定子磁链、电磁转矩、转速闭环控制，当无刷直流电机在二二导通方式下运行，由于关断相的存在，定子磁链运动轨迹为圆锯齿形，定子磁链给定是一个变量，因此电机定子磁链的给定是直接转矩控制技术的关键所在。公开号为CN 101702607A的中国专利申请将转子感应磁链给定和定子电枢反应磁链给定两部分分别设定，再将这两部分通过矢量合成法得到定子磁链矢量，求出给定值，该方法需要实时计算磁链，这样会使系统变得复杂，将不利于工程实现。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种无刷直流电机直接转矩控制系统和控制方法，不需要实时计算磁链，简化系统程序，提高控制效率。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种无刷直流电机直接转矩控制系统，包括光电编码器、定子电流和端电压检测电路、转速计算器、转速误差比较器、转速调节器、磁链观测器、磁链误差比较器、磁链滞环比较器、转矩观测器、转矩误差比较器、转矩滞环比较器、PWM控制器和三相桥式逆变电路，所述光电编码器安装在无刷直流电机的转子上，用于采集转子的位置信息，光电编码器的输出端连接转速计算器的输入端，转速误差比较器的负输入端连接转速比较器的输出端，转速误差比较器的正输入端输入参考转速，转速误差比较器的输出端连接转速调节器的输入端，所述定子电流和端电压检测电路的输入端连接在无刷直流电机的母线上，定子电流和端电压检测电路的输出端分别连接磁链观测器、转矩观测器的输入端，转矩误差比较器的负输入端连接转矩观测器的输出端，转矩误差比较器的正输入端连接转速调节器的输出端，转矩误差比较器的输出端连接转矩滞环比较器的输入端，磁链误差比较器的负输入端连接磁链观测器的输出端，磁链误差比较器的正输入端输入磁链给定值，磁链误差比较器的输出端连接磁链滞环比较器的输入端，所述PWM控制器的输入端分别连接转矩转换比较器、磁链滞环比较器的输出端，PWM控制器的输出端连接三相桥式逆变电路中6个开关管的门极，从而控制三相桥式逆变电路向无刷直流电机输出交流电信号。

进一步地，所述速度调节器采用PI调节器。

进一步地，所述三相桥式逆变电路中的6个开关管均为IGBT。

进一步地，所述转速计算器、转速误差比较器、转速调节器、磁链观测器、磁链误差比较器、磁链滞环比较器、转矩观测器、转矩误差比较器、转矩滞环比较器、PWM控制器集成在一片DSP处理器上。

进一步地，所述DSP处理器的型号为DSP28335。

一种无刷直流电机直接转矩控制方法，包括以下步骤：

(1)利用光电编码器采集电机转子的位置信息，根据转子位置信息计算出实际转速；

(2)参考转速减去实际转速得到转速误差，转速误差通过速度调节器得到参考转矩；

(3)根据转子位置信息以及参考转矩，计算定子磁链给定值；

(4)采集定子三相电流和端电压，根据定子三相电流值和端电压计算实际电磁转矩和实际定子磁链；

(5)参考转矩减去实际电磁转矩得到转矩误差，将转矩误差输入转矩滞环比较器，将转矩滞环比较器的输出值传送给PWM控制器；

(6)定子磁链给定值减去实际定子磁链得到磁链误差，将磁链误差输入磁链滞环比较器，将磁链滞环比较器的输出值传送给PWM控制器；

(7)PWM控制器根据输入信号确定电压矢量，根据电压矢量控制三相桥式逆变电路各个开关管的导通状态，从而使无刷直流电机稳定运行。

进一步地，步骤(3)的具体过程如下：

(a)定子磁链给定值ψ是电枢反应磁链ψ_a和转子感应磁链ψ_r的矢量和，将电枢反应磁链ψ_a和转子感应磁链ψ_r投影到α/β两相静止坐标系，然后分别将两轴的分量相加，得到α、β轴分量ψ_α、ψ_β：

ψ_α＝ψ_aα+ψ_rα

ψ_β＝ψ_aβ+ψ_rβ

上式中，ψ_aα、ψ_aβ分别为电枢反应磁链ψ_a在α、β轴的投影，ψ_rα、ψ_rβ分别为转子感应磁链ψ_r在α、β轴的投影；

(b)首先，利用下式计算出定子电流给定值：

$I_S=\frac{Te*}{k_t}$

上式中，Te*为参考转矩，k_t为转矩系数；

接着，根据转子位置信息得到定子三相电流给定值I_a、I_b、I_c，将I_a、I_b、I_c通过clark变换投影到α/β两相静止坐标系：

$\left[\begin{array}{c}{I}_{S\mathrm{\α}}\\ I_{S\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\[CLARK\]\left[\begin{array}{c}{I}_a\\ I_b\\ I_c\end{array}\right]$

然后，根据I_Sα、I_Sβ计算ψ_aα、ψ_aβ：

ψ_aα＝L_SI_Sα

ψ_aβ＝L_SI_Sβ

(c)由定子三相绕组反电动势积分求出三相转子磁链：

ψ_ra＝∫e_adt

ψ_rb＝∫e_bdt

ψ_rc＝∫e_cdt

然后，将三相转子磁链进行clark变换，得到ψ_rα、ψ_rβ：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_{r\mathrm{\α}}\\ {\mathrm{\ψ}}_{r\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\[CLARK\]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_{ra}\\ {\mathrm{\ψ}}_{rb}\\ {\mathrm{\ψ}}_{rc}\end{array}\right];$

(d)根据ψ_aα、ψ_aβ、ψ_rα、ψ_rβ计算出ψ_α、ψ_β，然后根据ψ_α、ψ_β求出定子磁链给定值：

$\left|\mathrm{\ψ}\right|=\sqrt{{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\β}}^2}$

φ^*＝arctan(ψ_α/ψ_β)

上式中，|ψ|为定子磁链给定值的幅值，φ^*为定子磁链给定值的幅角。

进一步地，在步骤(5)中，转矩滞环比较器的输出值τ如下式所示：

$\mathrm{\&tau;}=\left\{\begin{array}{c}1(\mathrm{\&Delta;}Te>\mathrm{\&Delta;}T)\\ 0(\mathrm{\&Delta;}Te<-\mathrm{\&Delta;}T)\end{array}\right.$

上式中，ΔTe为输入转矩滞环比较器的转矩误差，ΔT为设定的转矩误差阈值。

进一步地，在步骤(6)中，磁链滞环比较的输出值η如下式所示：

$\mathrm{\&eta;}=\left\{\begin{array}{cc}1& ({\mathrm{\&Delta;\&psi;}}_s>\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&psi;})\\ 0& (-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&psi;}<{\mathrm{\&Delta;\&psi;}}_s<\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&psi;})\\ -1& ({\mathrm{\&Delta;\&psi;}}_s<-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&psi;})\end{array}\right.$

上式中，Δψ_s为输入磁链滞环比较器的磁链误差，Δψ为设定的磁链误差阈值；

进一步地，步骤(7)的具体过程如下：

PWM控制器根据输入的τ和η，选择相应的电压矢量，电压矢量在电机定子上产生六边形磁链，从而控制电机连续稳定运行：

当τ＝1，且η＝1时，

若磁链位于第I扇区，即定子磁链幅角φ∈[330,360)&[0,30)，则输出电压矢量V1，

若磁链位于第II扇区，即定子磁链幅角φ∈[30,90)，则输出电压矢量V2，

若磁链位于第III扇区，即定子磁链幅角φ∈[90,150)，则输出电压矢量V3，

若磁链位于第IV扇区，即定子磁链幅角φ∈[150,210)，则输出电压矢量V4，

若磁链位于第Ⅴ扇区，即定子磁链幅角φ∈[210,270)，则输出电压矢量V5，

若磁链位于第VI扇区，即定子磁链幅角φ∈[270,330)，则输出电压矢量V6；

当τ＝1，且η＝0时，

若磁链位于第I扇区，则输出电压矢量V2，

若磁链位于第II扇区，则输出电压矢量V3，

若磁链位于第III扇区，则输出电压矢量V4，

若磁链位于第IV扇区，则输出电压矢量V5，

若磁链位于第Ⅴ扇区，则输出电压矢量V6，

若磁链位于第VI扇区，则输出电压矢量V1，

当τ＝1，且η＝-1时，

若磁链位于第I扇区，则输出电压矢量V3，

若磁链位于第II扇区，则输出电压矢量V4，

若磁链位于第III扇区，则输出电压矢量V5，

若磁链位于第IV扇区，则输出电压矢量V6，

若磁链位于第Ⅴ扇区，则输出电压矢量V1，

若磁链位于第VI扇区，则输出电压矢量V2，

当τ＝0，且η＝1时，

若磁链位于第I扇区，则输出电压矢量V1，

若磁链位于第II扇区，则输出电压矢量V2，

若磁链位于第III扇区，则输出电压矢量V3，

若磁链位于第IV扇区，则输出电压矢量V4，

若磁链位于第Ⅴ扇区，则输出电压矢量V5，

若磁链位于第VI扇区，则输出电压矢量V6；

当τ＝0，且η＝-1时，

若磁链位于第I扇区，则输出电压矢量V3，

若磁链位于第II扇区，则输出电压矢量V4，

若磁链位于第III扇区，则输出电压矢量V5，

若磁链位于第IV扇区，则输出电压矢量V6，

若磁链位于第Ⅴ扇区，则输出电压矢量V1，

若磁链位于第VI扇区，则输出电压矢量V2；

当τ＝0，且η＝0时，

无论磁链位于哪个扇区，均输出电压矢量V0；

电压矢量V0对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：关断所有开关管，

电压矢量V1对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：a相桥臂的上开关管以及c相桥臂的下开关管导通，其余开关管关断，

电压矢量V2对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：b相桥臂的上开关管以及c相桥臂的下开关管导通，其余开关管关断，

电压矢量V3对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：a相桥臂的下开关管以及b相桥臂的上开关管导通，其余开关管关断，

电压矢量V4对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：a相桥臂的下开关管以及c相桥臂的上开关管导通，其余开关管关断，

电压矢量V5对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：b相桥臂的下开关管以及c相桥臂的上开关管导通，其余开关管关断，

电压矢量V6对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：a相桥臂的上开关管以及b相桥臂的下开关管导通，其余开关管关断。

采用上述技术方案带来的有益效果：

(1)由于无刷直流电机的非正弦性，电枢磁链与转子磁链的的夹角时刻在变化，本发明利用坐标变换合成磁场矢量，不需要实时计算，只要事先离线计算定子电流给定值和转子感应磁链，再查表就可以得到相关数据，有利于工程实现，提高系统运行效率；

(2)本发明采用转矩/转速双闭环控制，改善了传统转矩开环控制方法精度低、抗干扰能力差等问题。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图；

图2是本发明中转子位置与三相反电动势的关系示意图；

图3是本发明中电压矢量构成的六边形磁链示意图；

图4是本发明中三相桥式逆变电路的结构图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，一种无刷直流电机直接转矩控制系统，包括光电编码器、定子电流和端电压检测电路、转速计算器、转速误差比较器、转速调节器、磁链观测器、磁链误差比较器、磁链滞环比较器、转矩观测器、转矩误差比较器、转矩滞环比较器、PWM控制器和三相桥式逆变电路，所述光电编码器安装在无刷直流电机的转子上，用于采集转子的位置信息，光电编码器的输出端连接转速计算器的输入端，转速误差比较器的负输入端连接转速比较器的输出端，转速误差比较器的正输入端输入参考转速，转速误差比较器的输出端连接转速调节器的输入端，所述定子电流和端电压检测电路的输入端连接在无刷直流电机的母线上，定子电流和端电压检测电路的输出端分别连接磁链观测器、转矩观测器的输入端，转矩误差比较器的负输入端连接转矩观测器的输出端，转矩误差比较器的正输入端连接转速调节器的输出端，转矩误差比较器的输出端连接转矩滞环比较器的输入端，磁链误差比较器的负输入端连接磁链观测器的输出端，磁链误差比较器的正输入端输入磁链给定值，磁链误差比较器的输出端连接磁链滞环比较器的输入端，所述PWM控制器的输入端分别连接转矩转换比较器、磁链滞环比较器的输出端，PWM控制器的输出端连接三相桥式逆变电路中6个开关管的门极，从而控制三相桥式逆变电路向无刷直流电机输出交流电信号。

在本实施例中，速度调节器采用PI调节器。三相桥式逆变电路中的6个开关管均为IGBT。转速计算器、转速误差比较器、转速调节器、磁链观测器、磁链误差比较器、磁链滞环比较器、转矩观测器、转矩误差比较器、转矩滞环比较器、PWM控制器集成在一片DSP处理器上，DSP处理器的型号为DSP28335。

本发明还包括一种无刷直流电机直接转矩控制方法，包括以下步骤：

步骤1：利用光电编码器采集电机转子的位置信息，根据转子位置信息计算出实际转速。

步骤2：参考转速减去实际转速得到转速误差，转速误差通过速度调节器得到参考转矩。

步骤3：根据转子位置信息以及参考转矩，计算定子磁链给定值。

定子磁链给定值ψ是电枢反应磁链ψ_a和转子感应磁链ψ_r的矢量和，将电枢反应磁链ψ_a和转子感应磁链ψ_r投影到α/β两相静止坐标系，然后分别将两轴的分量相加，得到α、β轴分量ψ_α、ψ_β：

ψ_α＝ψ_aα+ψ_rα

ψ_β＝ψ_aβ+ψ_rβ

上式中，ψ_aα、ψ_aβ分别为电枢反应磁链ψ_a在α、β轴的投影，ψ_rα、ψ_rβ分别为转子感应磁链ψ_r在α、β轴的投影。

首先，利用下式计算出定子电流给定值：

$I_S=\frac{Te*}{k_t}$

上式中，Te*为参考转矩，k_t为转矩系数。

接着，根据转子位置信息得到定子三相电流给定值I_a、I_b、I_c，转子位置信息与定子三相电流给定值的关系如表1所示

表1

将I_a、I_b、I_c通过clark变换投影到α/β两相静止坐标系：

$\left[\begin{array}{c}{I}_{S\mathrm{\&alpha;}}\\ I_{S\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right]=\&lsqb;CLARK\&rsqb;\left[\begin{array}{c}{I}_a\\ I_b\\ I_c\end{array}\right]$

然后，根据I_Sα、I_Sβ计算ψ_aα、ψ_aβ：

ψ_aα＝L_SI_Sα

ψ_aβ＝L_SI_Sβ

(c)如图2所示，根据转子位置信息求出定子三相绕组反电动势e_a、e_b、e_c，由定子三相绕组反电动势积分求出三相转子磁链：

ψ_ra＝∫e_adt

ψ_rb＝∫e_bdt

ψ_rc＝∫e_cdt

然后，将三相转子磁链进行clark变换，得到ψ_rα、ψ_rβ：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&psi;}}_{r\mathrm{\&alpha;}}\\ {\mathrm{\&psi;}}_{r\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right]=\&lsqb;CLARK\&rsqb;\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&psi;}}_{ra}\\ {\mathrm{\&psi;}}_{rb}\\ {\mathrm{\&psi;}}_{rc}\end{array}\right]$

(d)根据ψ_aα、ψ_aβ、ψ_rα、ψ_rβ计算出ψ_α、ψ_β，然后根据ψ_α、ψ_β求出定子磁链给定值：

$\left|\mathrm{\&psi;}\right|=\sqrt{{\mathrm{\&psi;}}_{\mathrm{\&alpha;}}^2+{\mathrm{\&psi;}}_{\mathrm{\&beta;}}^2}$

φ^*＝arctan(ψ_α/ψ_β)

上式中，|ψ|为定子磁链给定值的幅值，φ^*为定子磁链给定值的幅角。

由于定子电流分量Isα、Isβ和转子感应磁链分量ψrα、ψrβ都只和转子位置信息有关，因此事先离线计算制作成表格，电机运行时不需要实时计算，只要通过查表就可以求出定子磁链的给定值。

步骤4：采集定子三相电流和端电压，根据定子三相电流值和端电压计算实际电磁转矩和实际定子磁链，计算公式如下：

$Te=\frac{e_a{i}_a+e_b{i}_b+e_c{i}_c}{\mathrm{\&omega;}}$

上式中，ω为转子角速度，i_a、i_b、i_c为定子三相绕组电流。

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&psi;}}_{s\mathrm{\&alpha;}}=\&Integral;(u_{s\mathrm{\&alpha;}}-R_s{i}_{s\mathrm{\&alpha;}})dt\\ {\mathrm{\&psi;}}_{s\mathrm{\&beta;}}=\&Integral;(u_{s\mathrm{\&beta;}}-R_s{i}_{s\mathrm{\&beta;}})dt\end{array}\right.$

上式中，ψ_sα、ψ_sβ为定子磁链在两相静止坐标系上的的分量，u_sα、u_sβ为定子端电压CLARK变换后在两相静止坐标系上的分量，i_sα、i_sβ为定子三相电流LARK变换后在两相静止坐标系上的分量，R_s为定子绕组电阻。

实际定子磁链幅值、幅角为：

步骤5：参考转矩减去实际电磁转矩得到转矩误差，将转矩误差输入转矩滞环比较器，将转矩滞环比较器的输出值传送给PWM控制器。

转矩滞环比较器的输出值τ如下式所示：

$\mathrm{\&tau;}=\left\{\begin{array}{c}1(\mathrm{\&Delta;}Te>\mathrm{\&Delta;}T)\\ 0(\mathrm{\&Delta;}Te<-\mathrm{\&Delta;}T)\end{array}\right.$

上式中，ΔTe为输入转矩滞环比较器的转矩误差，ΔT为设定的转矩误差阈值。

步骤:6：定子磁链给定值减去实际定子磁链得到磁链误差，将磁链误差输入磁链滞环比较器，将磁链滞环比较器的输出值传送给PWM控制器。

磁链滞环比较的输出值η如下式所示：

$\mathrm{\&eta;}=\left\{\begin{array}{cc}1& ({\mathrm{\&Delta;\&psi;}}_s>\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&psi;})\\ 0& (-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&psi;}<{\mathrm{\&Delta;\&psi;}}_s<\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&psi;})\\ -1& ({\mathrm{\&Delta;\&psi;}}_s<-\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&psi;})\end{array}\right.$

上式中，Δψ_s为输入磁链滞环比较器的磁链误差，Δψ为设定的磁链误差阈值。

步骤7：PWM控制器根据输入信号确定电压矢量，根据电压矢量控制三相桥式逆变电路各个开关管的导通状态，从而使无刷直流电机稳定运行。

PWM控制器根据输入的τ和η，选择相应的电压矢量，如图3所示，电压矢量在电机定子上产生六边形磁链，根据电压矢量确定图4所示三相桥式逆变电路各个开关管的导通状态，电压矢量的选择如表2所示：

表2

电压矢量V0(000000)对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：关断所有开关管。电压矢量V1(100001)对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：a相桥臂的上开关管以及c相桥臂的下开关管导通，其余开关管关断。电压矢量V2(001001)对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：b相桥臂的上开关管以及c相桥臂的下开关管导通，其余开关管关断。电压矢量V3(011000)对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：a相桥臂的下开关管以及b相桥臂的上开关管导通，其余开关管关断。电压矢量V4(010010)对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：a相桥臂的下开关管以及c相桥臂的上开关管导通，其余开关管关断。电压矢量V5(000110)对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：b相桥臂的下开关管以及c相桥臂的上开关管导通，其余开关管关断。电压矢量V6(100100)对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：a相桥臂的上开关管以及b相桥臂的下开关管导通，其余开关管关断。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无刷直流电机直接转矩控制系统，其特征在于：包括光电编码器、定子电流和端电压检测电路、转速计算器、转速误差比较器、转速调节器、磁链观测器、磁链误差比较器、磁链滞环比较器、转矩观测器、转矩误差比较器、转矩滞环比较器、PWM控制器和三相桥式逆变电路，所述光电编码器安装在无刷直流电机的转子上，用于采集转子的位置信息，光电编码器的输出端连接转速计算器的输入端，转速误差比较器的负输入端连接转速比较器的输出端，转速误差比较器的正输入端输入参考转速，转速误差比较器的输出端连接转速调节器的输入端，所述定子电流和端电压检测电路的输入端连接在无刷直流电机的母线上，定子电流和端电压检测电路的输出端分别连接磁链观测器、转矩观测器的输入端，转矩误差比较器的负输入端连接转矩观测器的输出端，转矩误差比较器的正输入端连接转速调节器的输出端，转矩误差比较器的输出端连接转矩滞环比较器的输入端，磁链误差比较器的负输入端连接磁链观测器的输出端，磁链误差比较器的正输入端输入磁链给定值，磁链误差比较器的输出端连接磁链滞环比较器的输入端，所述PWM控制器的输入端分别连接转矩转换比较器、磁链滞环比较器的输出端，PWM控制器的输出端连接三相桥式逆变电路中6个开关管的门极，从而控制三相桥式逆变电路向无刷直流电机输出交流电信号。

2.根据权利要求1所述一种无刷直流电机直接转矩控制系统，其特征在于：所述速度调节器采用PI调节器。

3.根据权利要求1所述一种无刷直流电机直接转矩控制系统，其特征在于：所述三相桥式逆变电路中的6个开关管均为IGBT。

4.根据权利要求1所述一种无刷直流电机直接转矩控制系统，其特征在于：所述转速计算器、转速误差比较器、转速调节器、磁链观测器、磁链误差比较器、磁链滞环比较器、转矩观测器、转矩误差比较器、转矩滞环比较器、PWM控制 器集成在一片DSP处理器上。

5.根据权利要求4所述一种无刷直流电机直接转矩控制系统，其特征在于：所述DSP处理器的型号为DSP28335。

6.一种无刷直流电机直接转矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)利用光电编码器采集电机转子的位置信息，根据转子位置信息计算出实际转速；

(2)参考转速减去实际转速得到转速误差，转速误差通过速度调节器得到参考转矩；

(3)根据转子位置信息以及参考转矩，计算定子磁链给定值；

(4)采集定子三相电流和端电压，根据定子三相电流值和端电压计算实际电磁转矩和实际定子磁链；

(5)参考转矩减去实际电磁转矩得到转矩误差，将转矩误差输入转矩滞环比较器，将转矩滞环比较器的输出值传送给PWM控制器；

(6)定子磁链给定值减去实际定子磁链得到磁链误差，将磁链误差输入磁链滞环比较器，将磁链滞环比较器的输出值传送给PWM控制器；

(7)PWM控制器根据输入信号确定电压矢量，根据电压矢量控制三相桥式逆变电路各个开关管的导通状态，从而使无刷直流电机稳定运行。

7.根据权利要求6所述一种无刷直流电机直接转矩控制方法，其特征在于，步骤(3)的具体过程如下：

(a)定子磁链给定值ψ是电枢反应磁链ψ_a和转子感应磁链ψ_r的矢量和，将电枢反应磁链ψ_a和转子感应磁链ψ_r投影到α/β两相静止坐标系，然后分别将两轴的分量相加，得到α、β轴分量ψ_α、ψ_β：

ψ_α＝ψ_{a α}+ψ_{r α}

ψ_β＝ψ_{a β}+ψ_{r β}

上式中，ψ_{a α}、ψ_{a β}分别为电枢反应磁链ψ_a在α、β轴的投影，ψ_{r α}、ψ_{r β}分别为转子感应磁链ψ_r在α、β轴的投影；

(b)首先，利用下式计算出定子电流给定值：

上式中，Te*为参考转矩，k_t为转矩系数；

接着，根据转子位置信息得到定子三相电流给定值I_a、I_b、I_c，将I_a、I_b、I_c通过clark变换投影到α/β两相静止坐标系：

然后，根据I_{S α}、I_{S β}计算ψ_{a α}、ψ_{a β}：

ψ_{a α}＝L_SI_{S α}

ψ_{a β}＝L_SI_{S β}

(c)由定子三相绕组反电动势积分求出三相转子磁链：

ψ_ra＝∫e_adt

ψ_rb＝∫e_bdt

ψ_rc＝∫e_cdt

然后，将三相转子磁链进行clark变换，得到ψ_{r α}、ψ_{r β}：

(d)根据ψ_{a α}、ψ_{a β}、ψ_{r α}、ψ_{r β}计算出ψ_α、ψ_β，然后根据ψ_α、ψ_β求出定子磁链给定值：

φ^*＝arctan(ψ_α/ψ_β)

上式中，|ψ|为定子磁链给定值的幅值，φ^*为定子磁链给定值的幅角。

8.根据权利要求7所述一种无刷直流电机直接转矩控制方法，其特征在于：在步骤(5)中，转矩滞环比较器的输出值τ如下式所示：

上式中，ΔTe为输入转矩滞环比较器的转矩误差，ΔT为设定的转矩误差阈值。

9.根据权利要求8所述一种无刷直流电机直接转矩控制方法，其特征在于：在步骤(6)中，磁链滞环比较的输出值η如下式所示：

上式中，Δψ_s为输入磁链滞环比较器的磁链误差，Δψ为设定的磁链误差阈值。

10.根据权利要求9所述一种无刷直流电机直接转矩控制方法，其特征在于，步骤(7)的具体过程如下：

PWM控制器根据输入的τ和η，选择相应的电压矢量，电压矢量在电机定子上产生六边形磁链，从而控制电机连续稳定运行：

当τ＝1，且η＝1时，

若磁链位于第I扇区，即定子磁链幅角φ∈[330,360)&[0,30)，则输出电压矢量V1，

若磁链位于第II扇区，即定子磁链幅角φ∈[30,90)，则输出电压矢量V2，

若磁链位于第III扇区，即定子磁链幅角φ∈[90,150)，则输出电压矢量V3，

若磁链位于第IV扇区，即定子磁链幅角φ∈[150,210)，则输出电压矢量V4，

若磁链位于第Ⅴ扇区，即定子磁链幅角φ∈[210,270)，则输出电压矢量V5，

若磁链位于第VI扇区，即定子磁链幅角φ∈[270,330)，则输出电压矢量V6；

当τ＝1，且η＝0时，

若磁链位于第I扇区，则输出电压矢量V2，

若磁链位于第II扇区，则输出电压矢量V3，

若磁链位于第III扇区，则输出电压矢量V4，

若磁链位于第IV扇区，则输出电压矢量V5，

若磁链位于第Ⅴ扇区，则输出电压矢量V6，

若磁链位于第VI扇区，则输出电压矢量V1，

当τ＝1，且η＝-1时，

若磁链位于第I扇区，则输出电压矢量V3，

若磁链位于第II扇区，则输出电压矢量V4，

若磁链位于第III扇区，则输出电压矢量V5，

若磁链位于第IV扇区，则输出电压矢量V6，

若磁链位于第Ⅴ扇区，则输出电压矢量V1，

若磁链位于第VI扇区，则输出电压矢量V2，

当τ＝0，且η＝1时，

若磁链位于第I扇区，则输出电压矢量V1，

若磁链位于第II扇区，则输出电压矢量V2，

若磁链位于第III扇区，则输出电压矢量V3，

若磁链位于第IV扇区，则输出电压矢量V4，

若磁链位于第Ⅴ扇区，则输出电压矢量V5，

若磁链位于第VI扇区，则输出电压矢量V6；

当τ＝0，且η＝-1时，

若磁链位于第I扇区，则输出电压矢量V3，

若磁链位于第II扇区，则输出电压矢量V4，

若磁链位于第III扇区，则输出电压矢量V5，

若磁链位于第IV扇区，则输出电压矢量V6，

若磁链位于第Ⅴ扇区，则输出电压矢量V1，

若磁链位于第VI扇区，则输出电压矢量V2；

当τ＝0，且η＝0时，

无论磁链位于哪个扇区，均输出电压矢量V0；

电压矢量V0对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：关断所有开关管，

电压矢量V1对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：a相桥臂的上开关管以及c相桥臂的下开关管导通，其余开关管关断，

电压矢量V2对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：b相桥臂的上开关管以及c相桥臂的下开关管导通，其余开关管关断，

电压矢量V3对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：a相桥臂的下开关管以及b相桥臂的上开关管导通，其余开关管关断，

电压矢量V4对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：a相桥臂的下开关管以及c相桥臂的上开关管导通，其余开关管关断，

电压矢量V5对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：b相桥臂的下开关管以及c相桥臂的上开关管导通，其余开关管关断，

电压矢量V6对应的三相桥式逆变电路开关管的状态：a相桥臂的上开关管以及b相桥臂的下开关管导通，其余开关管关断。