CN110729933B - 一种基于异步调制的交流电机转矩控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于异步调制的交流电机转矩控制方法及系统，包括：计算交流电机当前对应的调制比，并分别将调制比M与预设滞环下限M0及滞环上限M1比较；当M＜M0时，采用基于转子磁场定向的矢量控制系统，在线性区闭环控制交流电机的转矩；当M＞M1时，将获取的交流电机的转矩经PI闭环控制，以得到交流电机的电压矢量修正角，并将电压矢量修正角补偿给矢量控制系统中的坐标系变换角度，且根据矢量控制系统中两个PI控制器在过调制区的固定输出及补偿后的坐标系变换角度控制转矩；当M0≤M≤M1时，按照上一次比较结果对应的控制方式控制转矩。可见，本申请不存在耦合，且转矩调节准确，动态性好，提高了系统的可靠性及稳定性。

Description

一种基于异步调制的交流电机转矩控制方法及系统

技术领域

本发明涉及交流电机控制领域，特别是涉及一种基于异步调制的交流电机转矩控制方法及系统。

背景技术

目前，交流电机的转矩由基于转子磁场定向的矢量控制系统控制，具体地，矢量控制系统采用两个PI(proportion-integral，比例积分)控制器，一一闭环控制交流电机在dq两相旋转坐标系下的i_sd(励磁电流)及i_sq(转矩电流)，相当于控制u_sd(d轴电压分量)及u_sq(q轴电压分量)，进而控制交流电机的转矩。但是，基于异步调制的交流电机所处的调制模式有两种：线性区模式和过调制区模式，矢量控制系统在线性区控制交流电机转矩的理论研究已比较成熟，但在过调制区无法实现稳定且准确地控制交流电机的转矩，是由于过调制区的调制比

M∈(0.907,1)，其中，u_dc为交流电机的直流母线电压，所以过调制区的电压可调节范围比较窄，不易闭环调节(易超调)，从而降低了转矩调节的准确性；

而且，由于

其中，R_s为定子电阻，

为给定励磁电流，ω_e为电角速度，L_σ为漏磁，

为给定转矩电流，L_s为定子电感，所以在非线性输出、谐波较大的过调制区，u_sd和u_sq之间存在严重耦合，导致矢量控制系统基本失去转矩调节能力，从而降低了系统的可靠性及稳定性。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于异步调制的交流电机转矩控制方法及系统，不采用两个电流的PI调节，而是采用一个转矩的PI调节，所以不存在耦合；而且，转矩的PI闭环控制是通过动态调整交流电机的电压矢量角度直接控制转矩，转矩调节准确，动态性好，从而提高了系统的可靠性及稳定性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于异步调制的交流电机转矩控制方法，包括：

计算交流电机当前对应的调制比，并分别将所述调制比M与预设滞环下限M0及预设滞环上限M1比较；

当M＜M0时，采用基于转子磁场定向的矢量控制系统，在线性区闭环控制所述交流电机的转矩；

当M＞M1时，将获取的交流电机的转矩经比例积分PI闭环控制，以得到所述交流电机的电压矢量修正角，并将所述电压矢量修正角补偿给所述矢量控制系统中的坐标系变换角度，且根据所述矢量控制系统中两个PI控制器在过调制区的固定输出及补偿后的坐标系变换角度，控制所述转矩；

当M0≤M≤M1时，按照上一次比较结果对应的控制方式控制所述转矩。

优选地，所述采用基于转子磁场定向的矢量控制系统，在线性区闭环控制所述交流电机的转矩的过程具体为：

获取所述交流电机在dq两相旋转坐标系下的励磁电流i_sd及转矩电流i_sq，并依据给定励磁电流

及给定转矩电流

计算原d轴电压分量u_sdc及原q轴电压分量u_sqc，且将

对应与i_sd、i_sq作差；

将两个差值对应经两个PI控制器调节输出d轴电压补偿量Δu_sd及q轴电压补偿量Δu_sq，并将Δu_sd、Δu_sq对应补偿给u_sdc、u_sqc，得到补偿后的d轴电压分量u_sd及q轴电压分量u_sq；

获取所述交流电机的转子磁场位置角θ_r，并依据θ_r将u_sd、u_sq从dq两相旋转坐标系变换至αβ两相静止坐标系，得到α轴电压分量u_sα、β轴电压分量u_sβ；

将u_sα、u_sβ经空间矢量脉宽调制SVPWM调制后，控制与所述交流电机连接的逆变器中开关的开通状态，以在线性区实现闭环控制所述交流电机的转矩。

优选地，所述获取所述交流电机的转子磁场位置角θ_r的过程具体为：

根据预设积分公式θ_r＝∫(P_nω_m+ω_s1)dt，计算所述交流电机的转子磁场位置角θ_r，其中，P_n为极对数，ω_m为机械角速度，ω_s1为转差角速度。

优选地，所述获取所述交流电机的转子磁场位置角θ_r的过程具体为：

利用所述交流电机的磁链转矩的预设观测模型，得到转子磁场位置角θ_r；

则获取所述交流电机的转矩的过程具体为：

利用所述观测模型，得到所述交流电机的转矩T_e。

优选地，所述观测模型具体为电压模型。

优选地，所述将获取的交流电机的转矩经比例积分PI闭环控制，以得到所述交流电机的电压矢量修正角，并将所述电压矢量修正角补偿给所述矢量控制系统中的坐标系变换角度，且根据所述矢量控制系统中两个PI控制器在过调制区的固定输出及补偿后的坐标系变换角度，控制所述转矩的过程具体为：

将T_e与给定转矩T_e ^*作差，并将差值经PI调节输出所述交流电机的电压矢量修正角Δθ_u；

将Δθ_u与θ_r求和，得到所述矢量控制系统在过调制区对应的坐标系变换角度θ'，并在所述矢量控制系统中两个PI控制器固定输出的前提下，依据θ'将u_sd、u_sq从dq两相旋转坐标系变换至αβ两相静止坐标系，得到所述过调制区对应的α轴电压分量u′_sα、β轴电压分量u′_sβ；

将u′_sα、u′_sβ经所述SVPWM调制后控制所述逆变器中开关的开通状态，以在过调制区实现所述转矩的控制。

优选地，在将差值经PI调节输出所述交流电机的电压矢量修正角Δθ_u之后，在将Δθ_u与θ_r求和之前，该交流电机转矩控制方法还包括：

根据预设限幅幅值对Δθ_u进行限幅处理，以实现所述交流电机的防颠覆保护。

优选地，所述根据预设限幅幅值对Δθ_u进行限幅处理的过程具体为：

根据

对Δθ_u进行限幅处理，其中，k_T为角度调整系数，i_sdE为额定工况下励磁电流分量，i_sqE为额定工况下转矩电流分量，σ为漏感系数，

L_r为转子电感，L_s为定子电感，L_m为所述转子电感与所述定子电感的互感。

优选地，当从所述过调制区对应的控制方式过渡至所述线性区对应的控制方式时，将Δθ_u按照预设斜率调至零。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种基于异步调制的交流电机转矩控制系统，包括：

比较模块，用于计算交流电机当前对应的调制比，并分别将所述调制比M与预设滞环下限M0及预设滞环上限M1比较；

线性区控制模块，用于当M＜M0时，采用基于转子磁场定向的矢量控制系统，在线性区闭环控制所述交流电机的转矩；

过调制区控制模块，用于当M＞M1时，将获取的交流电机的转矩经比例积分PI闭环控制，以得到所述交流电机的电压矢量修正角，并将所述电压矢量修正角补偿给所述矢量控制系统中的坐标系变换角度，且根据所述矢量控制系统中两个PI控制器在过调制区的固定输出及补偿后的坐标系变换角度，控制所述转矩；

滞环区间控制模块，用于当M0≤M≤M1时，按照上一次比较结果对应的控制方式控制所述转矩。

本发明提供了一种基于异步调制的交流电机转矩控制方法，包括：计算交流电机当前对应的调制比，并分别将调制比M与预设滞环下限M0及预设滞环上限M1比较；当M＜M0时，采用基于转子磁场定向的矢量控制系统，在线性区闭环控制交流电机的转矩；当M＞M1时，将获取的交流电机的转矩经比例积分PI闭环控制，以得到交流电机的电压矢量修正角，并将电压矢量修正角补偿给矢量控制系统中的坐标系变换角度，且根据矢量控制系统中两个PI控制器在过调制区的固定输出及补偿后的坐标系变换角度，控制转矩；当M0≤M≤M1时，按照上一次比较结果对应的控制方式控制转矩。

与现有技术中的交流电机转矩控制方法相比，本申请只在线性区采用基于转子磁场定向的矢量控制系统控制交流电机的转矩，即采用两个PI控制器一一调节在dq两相旋转坐标系下的两个电流；而在过调制区，本申请一方面将交流电机的转矩经PI闭环控制，以得到交流电机的电压矢量修正角，另一方面固定矢量控制系统中两个PI控制器的输出；然后将电压矢量修正角补偿给矢量控制系统中的坐标系变换角度，从而实现利用固定输出的矢量控制系统及引入的转矩闭环调节，共同控制交流电机的转矩。可见，本申请不采用两个电流的PI调节，而是采用一个转矩的PI调节，所以不存在耦合；而且，转矩的PI闭环控制是通过动态调整交流电机的电压矢量角度直接控制转矩，转矩调节准确，动态性好，从而提高了系统的可靠性及稳定性。

本发明还提供了一种基于异步调制的交流电机转矩控制系统，与上述转矩控制方法具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种基于异步调制的交流电机转矩控制方法的流程图；

图2为本发明提供的一种线性区交流电机转矩控制方法的示意图；

图3为本发明提供的一种过调制区交流电机转矩控制方法的示意图；

图4为本发明提供的一种基于异步调制的交流电机转矩控制系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种基于异步调制的交流电机转矩控制方法及系统，不采用两个电流的PI调节，而是采用一个转矩的PI调节，所以不存在耦合；而且，转矩的PI闭环控制是通过动态调整交流电机的电压矢量角度直接控制转矩，转矩调节准确，动态性好，从而提高了系统的可靠性及稳定性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种基于异步调制的交流电机转矩控制方法的流程图。

该交流电机转矩控制方法包括：

步骤S1：计算交流电机当前对应的调制比，并分别将调制比M与预设滞环下限M0及预设滞环上限M1比较；

需要说明的是，本申请中的预设是提前设置好的，只需要设置一次，除非根据实际情况需要修改，否则不需要重新设置。

具体地，已知过调制区的调制比M∈(0.907,1)，线性区的调制比小于过调制区的调制比，基于此，本申请提前根据过调制区的调制比范围设置滞环的上下限，以区分线性区和过调制区，其中，滞环的上限大于且接近0.907，滞环的下限小于且接近0.907(合理设置)。也就是说，当交流电机对应的调制比大于滞环上限时，交流电机所处的调制模式为过调制区模式；当交流电机对应的调制比小于滞环下限时，交流电机所处的调制模式为线性区模式；当交流电机对应的调制比在滞环的上下限区间范围内时，可以看作交流电机处于两种调制模式转换的过渡期。

所以，本申请首先计算交流电机当前对应的调制比，并将当前的调制比与所设滞环下限及所设滞环上限作比较(下文以M1代表滞环上限，M0代表滞环下限)，以判定交流电机当前所处的调制模式。

步骤S2：当M＜M0时，采用基于转子磁场定向的矢量控制系统，在线性区闭环控制交流电机的转矩；

可以理解的是，步骤S2、步骤S3及步骤S4并非顺序执行，而是三个并列的步骤，根据步骤S1的比较结果决定执行其中的一个步骤。

具体地，当M＜M0时，说明交流电机当前所处的调制模式为线性区模式，则按照采用基于转子磁场定向的矢量控制系统，闭环控制交流电机的转矩，即采用两个PI控制器，一一闭环控制交流电机在两相旋转坐标系下的励磁电流及转矩电流，进而控制交流电机的转矩。

步骤S3：当M＞M1时，将获取的交流电机的转矩经比例积分PI闭环控制，以得到交流电机的电压矢量修正角，并将电压矢量修正角补偿给矢量控制系统中的坐标系变换角度，且根据矢量控制系统中两个PI控制器在过调制区的固定输出及补偿后的坐标系变换角度，控制转矩；

具体地，当M＞M1时，说明交流电机当前所处的调制模式为过调制区模式，由于过调制区的非线性输出且谐波较大，线性区的控制方式已无法控制交流电机的转矩(存在超调现象和耦合现象)，所以本申请专门为过调制区设置控制方式：

1)本申请将矢量控制系统中两个PI控制器的输出固定，即两个PI控制器不计算，但其输出数值保持不变，类似开环电压给定，稳定性好。可见，在过调制区，矢量控制系统中两个PI控制器不再起调节作用，也就不会出现超调现象和严重耦合现象。

2)本申请引入转矩闭环调节(经大量仿真和试验得知，当交流电机的电压矢量角度变化时，其电流随之变化，说明交流电机的电压矢量角度对其转矩有直接影响，所以采用转矩闭环调节直接调节转矩)，具体地，首先将给定转矩与获取的交流电机的转矩作差，并将差值经PI调节，得到交流电机的电压矢量修正角；然后将电压矢量修正角加上矢量控制系统中原本的坐标系变换角度(两相旋转坐标系-两相静止坐标系的变换角度，即转子磁场位置角)，二者之和作为过调制区对应的坐标系变换角度(需要说明的是，电压矢量修正角只是用于矢量控制系统中坐标系变换的计算，本质上并未修改转子磁场位置角)。

3)在矢量控制系统中两个PI控制器的输出固定的基础上，本申请利用固定输出的矢量控制系统及引入的转矩闭环调节，共同控制交流电机的转矩。可见，真正起控制作用的是引入的转矩闭环调节，由于转矩闭环调节是通过动态调整交流电机的电压矢量角度直接控制转矩，所以转矩调节准确，动态性好；而且，只采用一个转矩的PI调节，所以不存在耦合，易于调节。

综上，两种调制模式转换：从线性区到过调制区：矢量控制系统中两个PI控制器的输出保持当前状态，转矩闭环投入，系统无冲击；从过调制区到线性区：矢量控制系统投入，转矩闭环切除(电压矢量修正角趋向0)。

步骤S4：当M0≤M≤M1时，按照上一次比较结果对应的控制方式控制转矩。

具体地，当M0≤M≤M1时，说明交流电机处于两种调制模式转换的过渡期，此时按照上一次比较结果对应的控制方式控制交流电机的转矩，即上一次的比较结果为M＞M1，则按照过调制区对应的控制方式控制交流电机的转矩；上一次的比较结果为M＜M0，则按照线性区对应的控制方式控制交流电机的转矩。

本发明提供了一种基于异步调制的交流电机转矩控制方法，包括：计算交流电机当前对应的调制比，并分别将调制比M与预设滞环下限M0及预设滞环上限M1比较；当M＜M0时，采用基于转子磁场定向的矢量控制系统，在线性区闭环控制交流电机的转矩；当M＞M1时，将获取的交流电机的转矩经比例积分PI闭环控制，以得到交流电机的电压矢量修正角，并将电压矢量修正角补偿给矢量控制系统中的坐标系变换角度，且根据矢量控制系统中两个PI控制器在过调制区的固定输出及补偿后的坐标系变换角度，控制转矩；当M0≤M≤M1时，按照上一次比较结果对应的控制方式控制转矩。

与现有技术中的交流电机转矩控制方法相比，本申请只在线性区采用基于转子磁场定向的矢量控制系统控制交流电机的转矩，即采用两个PI控制器一一调节在dq两相旋转坐标系下的两个电流；而在过调制区，本申请一方面将交流电机的转矩经PI闭环控制，以得到交流电机的电压矢量修正角，另一方面固定矢量控制系统中两个PI控制器的输出；然后将电压矢量修正角补偿给矢量控制系统中的坐标系变换角度，从而实现利用固定输出的矢量控制系统及引入的转矩闭环调节，共同控制交流电机的转矩。可见，本申请不采用两个电流的PI调节，而是采用一个转矩的PI调节，所以不存在耦合；而且，转矩的PI闭环控制是通过动态调整交流电机的电压矢量角度直接控制转矩，转矩调节准确，动态性好，从而提高了系统的可靠性及稳定性。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选地实施例，采用基于转子磁场定向的矢量控制系统，在线性区闭环控制交流电机的转矩的过程具体为：

获取交流电机在dq两相旋转坐标系下的励磁电流i_sd及转矩电流i_sq，并依据给定励磁电流

及给定转矩电流

计算原d轴电压分量u_sdc及原q轴电压分量u_sqc，且将

对应与i_sd、i_sq作差；

将两个差值对应经两个PI控制器调节输出d轴电压补偿量Δu_sd及q轴电压补偿量Δu_sq，并将Δu_sd、Δu_sq对应补偿给u_sdc、u_sqc，得到补偿后的d轴电压分量u_sd及q轴电压分量u_sq；

获取交流电机的转子磁场位置角θ_r，并依据θ_r将u_sd、u_sq从dq两相旋转坐标系变换至αβ两相静止坐标系，得到α轴电压分量u_sα、β轴电压分量u_sβ；

将u_sα、u_sβ经空间矢量脉宽调制SVPWM调制后，控制与交流电机连接的逆变器中开关的开通状态，以在线性区实现闭环控制交流电机的转矩。

具体地，请参照图2，图2为本发明提供的一种线性区交流电机转矩控制方法的示意图，其控制原理为：

1)获取交流电机M在dq两相旋转坐标系下的励磁电流i_sd及转矩电流i_sq(过程：利用电流传感器采集交流电机M的定子输入的三相交流电流，并将三相交流电流按照磁动势相等原则等效为互相垂直的两相绕组输入的两相交流电流，即从αbc三相静止坐标系变换为αβ两相静止坐标系；将两相交流电流按照同步旋转坐标变换公式，变换为两个直流电流，即从αβ两相静止坐标系变换为dq两相旋转坐标系，以获取交流电机M的励磁电流i_sd及转矩电流i_sq)；

3)考虑到随着交流电机M转速的上升，d轴和q轴之间的耦合电压在输出电压中所占比重越来越大，严重影响系统性能，所以，本申请采用前馈+反馈的闭环控制方式，以减少闭环控制的压力：

反馈方面，将给定励磁电流

给定转矩电流

对应与i_sd、i_sq作差，将两个差值对应经两个PI控制器调节输出d轴电压补偿量Δu_sd及q轴电压补偿量Δu_sq；前馈方面，依据

计算原d轴电压分量u_sdc及原q轴电压分量u_sqc；然后将Δu_sd、Δu_sq对应补偿给u_sdc、u_sqc，得到补偿后的d轴电压分量u_sd及q轴电压分量u_sq；

4)获取交流电机M的转子磁场位置角θ_r，即矢量控制系统的dq两相旋转坐标系-αβ两相静止坐标系的变换角度，然后依据θ_r将u_sd、u_sq从dq两相旋转坐标系变换至αβ两相静止坐标系，得到α轴电压分量u_sα、β轴电压分量u_sβ；最后将u_sα、u_sβ经SVPWM(Space Vector PulseWidth Modulation，空间矢量脉宽调制)调制后，控制与交流电机M连接的逆变器中开关的开通状态，从而调整输入至交流电机M的电流，进而实现在线性区闭环控制交流电机M的转矩。

作为一种优选地实施例，获取交流电机的转子磁场位置角θ_r的过程具体为：

根据预设积分公式θ_r＝∫(P_nω_m+ω_s1)dt，计算交流电机的转子磁场位置角θ_r，其中，P_n为极对数，ω_m为机械角速度，ω_s1为转差角速度。

进一步地，交流电机的转子磁场位置角θ_r的获取方法可以选择积分法，即根据积分公式θ_r＝∫(P_nω_m+ω_s1)dt，计算θ_r。

作为一种优选地实施例，获取交流电机的转子磁场位置角θ_r的过程具体为：

利用交流电机的磁链转矩的预设观测模型，得到转子磁场位置角θ_r；

则获取交流电机的转矩的过程具体为：

利用观测模型，得到交流电机的转矩T_e。

进一步地，交流电机的转子磁场位置角θ_r的获取方法还可以选择磁链观测法，即利用交流电机的磁链转矩的观测模型(输入变量：交流电机的机械角速度ω_m、输入电流i_s)，得到交流电机的θ_r、转子磁链矢量

及转矩T_e(输出变量)。其中，θ_r为转子磁链矢量

的相位。

基于此，本申请可以选择任意一种方法获取θ_r，为了便于区分这两种方法，本申请将利用磁链观测法获取的转子磁场位置角用θ_r1表示，利用积分法获取的转子磁场位置角用θ_r2表示。

作为一种优选地实施例，观测模型具体为电压模型。

具体地，本申请中的观测模型选用电压模型，电压模型比较简单，不依赖于交流电机的转速和转子电阻参数，所以在交流电机转速到达中高速阶段运行精准。

作为一种优选地实施例，将获取的交流电机的转矩经比例积分PI闭环控制，以得到交流电机的电压矢量修正角，并将电压矢量修正角补偿给矢量控制系统中的坐标系变换角度，且根据矢量控制系统中两个PI控制器在过调制区的固定输出及补偿后的坐标系变换角度，控制转矩的过程具体为：

将T_e与给定转矩T_e ^*作差，并将差值经PI调节输出交流电机的电压矢量修正角Δθ_u；

将Δθ_u与θ_r求和，得到矢量控制系统在过调制区对应的坐标系变换角度θ'，并在矢量控制系统中两个PI控制器固定输出的前提下，依据θ'将u_sd、u_sq从dq两相旋转坐标系变换至αβ两相静止坐标系，得到过调制区对应的α轴电压分量u′_sα、β轴电压分量u′_sβ；

将u′_sα、u′_sβ经SVPWM调制后控制逆变器中开关的开通状态，以在过调制区实现转矩的控制。

具体地，请参照图3，图3为本发明提供的一种过调制区交流电机转矩控制方法的示意图，其控制原理为：

1)矢量控制系统中两个PI控制器不计算，但其输出数值保持不变，此时电压分量u_sd、u_sq由前馈计算和电压补偿量Δu_sd、Δu_sq(固定值)求和得到，类似开环电压给定，稳定性好；

2)投入转矩闭环调节，即将观测模型获取的转矩T_e与给定转矩T_e ^*作差，并将差值经PI调节输出交流电机M的电压矢量修正角Δθ_u，然后将Δθ_u与θ_r求和，得到矢量控制系统在过调制区对应的坐标系变换角度θ'，即此时dq两相旋转坐标系-αβ两相静止坐标系的变换角度；

3)依据θ'将u_sd、u_sq从dq两相旋转坐标系变换至αβ两相静止坐标系，得到过调制区对应的α轴电压分量u′_sα、β轴电压分量u′_sβ，然后将u′_sα、u′_sβ经SVPWM调制后控制逆变器中开关的开通状态，从而调整输入至交流电机M的电流，进而实现在过调制区控制交流电机M的转矩。

作为一种优选地实施例，在将差值经PI调节输出交流电机的电压矢量修正角Δθ_u之后，在将Δθ_u与θ_r求和之前，该交流电机转矩控制方法还包括：

根据预设限幅幅值对Δθ_u进行限幅处理，以实现交流电机的防颠覆保护。

进一步地，考虑到电压矢量角度超限会进入颠覆区，超限严重的话将导致转矩的PI调节失调，所以本申请在得到交流电机的电压矢量修正角Δθ_u之后，首先根据所设限幅幅值(包括上限幅值和下限幅值)对Δθ_u的上下限进行限幅处理，即Δθ_u的上限不超过所设上限幅值，Δθ_u的下限不低于所设下限幅值，然后利用限幅的Δθ_u与θ_r求和，从而实现交流电机的防颠覆保护，提高了交流电机的控制安全性及可靠性。

作为一种优选地实施例，根据预设限幅幅值对Δθ_u进行限幅处理的过程具体为：

根据

对Δθ_u进行限幅处理，其中，k_T为角度调整系数，i_sdE为额定工况下励磁电流分量，i_sqE为额定工况下转矩电流分量，σ为漏感系数，

L_r为转子电感，L_s为定子电感，L_m为转子电感与定子电感的互感。

具体地，Δθ_u的上限幅值为：

下限幅值为

其中，k_T取值0.1～0.2比较合适。

作为一种优选地实施例，当从过调制区对应的控制方式过渡至线性区对应的控制方式时，将Δθ_u按照预设斜率调至零。

进一步地，在从过调制区对应的控制方式过渡至线性区对应的控制方式时，矢量控制系统的坐标系变换角度的过渡过程：θ'→θ_r，已知θ'＝θ_r+Δθ_u，所以坐标系变换角度的实际过渡过程：Δθ_u→0。为了防止电压矢量角发生跳变，导致系统过流故障，Δθ_u不能立即设置为0，应按照一定斜率调至0。

比如，Δθ_u在逆变器的每次开关周期内所允许的变化量为d，可取d＝0.01°，判断如下：

Δθ_u＞d,Δθ_u(n)＝Δθ_u(n-1)-d；

Δθ_u＜-d,Δθ_u(n)＝Δθ_u(n-1)+d；

-d≤Δθ_u≤d,Δθ_u(n)＝0。

请参照图4，图4为本发明提供的一种基于异步调制的交流电机转矩控制系统的结构示意图。

该交流电机转矩控制系统包括：

比较模块1，用于计算交流电机当前对应的调制比，并分别将调制比M与预设滞环下限M0及预设滞环上限M1比较；

线性区控制模块2，用于当M＜M0时，采用基于转子磁场定向的矢量控制系统，在线性区闭环控制交流电机的转矩；

过调制区控制模块3，用于当M＞M1时，将获取的交流电机的转矩经比例积分PI闭环控制，以得到交流电机的电压矢量修正角，并将电压矢量修正角补偿给矢量控制系统中的坐标系变换角度，且根据矢量控制系统中两个PI控制器在过调制区的固定输出及补偿后的坐标系变换角度，控制转矩；

滞环区间控制模块4，用于当M0≤M≤M1时，按照上一次比较结果对应的控制方式控制转矩。

本申请提供的转矩控制系统的介绍请参考上述方法实施例，本申请在此不再赘述。

还需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于异步调制的交流电机转矩控制方法，其特征在于，包括：

计算交流电机当前对应的调制比，并分别将所述调制比M与预设滞环下限M0及预设滞环上限M1比较；

当M＜M0时，采用基于转子磁场定向的矢量控制系统，在线性区闭环控制所述交流电机的转矩；

当M＞M1时，将获取的交流电机的转矩经比例积分PI闭环控制，以得到所述交流电机的电压矢量修正角，并将所述电压矢量修正角补偿给所述矢量控制系统中的坐标系变换角度，且根据所述矢量控制系统中两个PI控制器在过调制区的固定输出及补偿后的坐标系变换角度，控制所述转矩；

当M0≤M≤M1时，按照上一次比较结果对应的控制方式控制所述转矩。

2.如权利要求1所述的基于异步调制的交流电机转矩控制方法，其特征在于，所述采用基于转子磁场定向的矢量控制系统，在线性区闭环控制所述交流电机的转矩的过程具体为：

获取所述交流电机在dq两相旋转坐标系下的励磁电流i_sd及转矩电流i_sq，并依据给定励磁电流

及给定转矩电流

计算原d轴电压分量u_sdc及原q轴电压分量u_sqc，且将

对应与i_sd、i_sq作差；

将两个差值对应经两个PI控制器调节输出d轴电压补偿量Δu_sd及q轴电压补偿量Δu_sq，并将Δu_sd、Δu_sq对应补偿给u_sdc、u_sqc，得到补偿后的d轴电压分量u_sd及q轴电压分量u_sq；

获取所述交流电机的转子磁场位置角θ_r，并依据θ_r将u_sd、u_sq从dq两相旋转坐标系变换至αβ两相静止坐标系，得到α轴电压分量u_sα、β轴电压分量u_sβ；

将u_sα、u_sβ经空间矢量脉宽调制SVPWM调制后，控制与所述交流电机连接的逆变器中开关的开通状态，以在线性区实现闭环控制所述交流电机的转矩。

3.如权利要求2所述的基于异步调制的交流电机转矩控制方法，其特征在于，所述获取所述交流电机的转子磁场位置角θ_r的过程具体为：

根据预设积分公式θ_r＝∫(P_nω_m+ω_s1)dt，计算所述交流电机的转子磁场位置角θ_r，其中，P_n为极对数，ω_m为机械角速度，ω_s1为转差角速度。

4.如权利要求2所述的基于异步调制的交流电机转矩控制方法，其特征在于，所述获取所述交流电机的转子磁场位置角θ_r的过程具体为：

利用所述交流电机的磁链转矩的预设观测模型，得到转子磁场位置角θ_r；

则获取所述交流电机的转矩的过程具体为：

利用所述观测模型，得到所述交流电机的转矩T_e。

5.如权利要求4所述的基于异步调制的交流电机转矩控制方法，其特征在于，所述观测模型具体为电压模型。

6.如权利要求4所述的基于异步调制的交流电机转矩控制方法，其特征在于，所述将获取的交流电机的转矩经比例积分PI闭环控制，以得到所述交流电机的电压矢量修正角，并将所述电压矢量修正角补偿给所述矢量控制系统中的坐标系变换角度，且根据所述矢量控制系统中两个PI控制器在过调制区的固定输出及补偿后的坐标系变换角度，控制所述转矩的过程具体为：

将T_e与给定转矩T_e ^*作差，并将差值经PI调节输出所述交流电机的电压矢量修正角Δθ_u；

将Δθ_u与θ_r求和，得到所述矢量控制系统在过调制区对应的坐标系变换角度θ'，并在所述矢量控制系统中两个PI控制器固定输出的前提下，依据θ'将u_sd、u_sq从dq两相旋转坐标系变换至αβ两相静止坐标系，得到所述过调制区对应的α轴电压分量u′_sα、β轴电压分量u′_sβ；

将u′_sα、u′_sβ经所述SVPWM调制后控制所述逆变器中开关的开通状态，以在过调制区实现所述转矩的控制。

7.如权利要求6所述的基于异步调制的交流电机转矩控制方法，其特征在于，在将差值经PI调节输出所述交流电机的电压矢量修正角Δθ_u之后，在将Δθ_u与θ_r求和之前，该交流电机转矩控制方法还包括：

根据预设限幅幅值对Δθ_u进行限幅处理，以实现所述交流电机的防颠覆保护；其中，防颠覆保护指的是防止Δθ_u超限进入颠覆区。

8.如权利要求7所述的基于异步调制的交流电机转矩控制方法，其特征在于，所述根据预设限幅幅值对Δθ_u进行限幅处理的过程具体为：

根据

对Δθ_u进行限幅处理，其中，k_T为角度调整系数，i_sdE为额定工况下励磁电流分量，i_sqE为额定工况下转矩电流分量，σ为漏感系数，

L_r为转子电感，L_s为定子电感，L_m为所述转子电感与所述定子电感的互感。

9.如权利要求6-8任一项所述的基于异步调制的交流电机转矩控制方法，其特征在于，当从所述过调制区对应的控制方式过渡至所述线性区对应的控制方式时，将Δθ_u按照预设斜率调至零。

10.一种基于异步调制的交流电机转矩控制系统，其特征在于，包括：

比较模块，用于计算交流电机当前对应的调制比，并分别将所述调制比M与预设滞环下限M0及预设滞环上限M1比较；

线性区控制模块，用于当M＜M0时，采用基于转子磁场定向的矢量控制系统，在线性区闭环控制所述交流电机的转矩；

过调制区控制模块，用于当M＞M1时，将获取的交流电机的转矩经比例积分PI闭环控制，以得到所述交流电机的电压矢量修正角，并将所述电压矢量修正角补偿给所述矢量控制系统中的坐标系变换角度，且根据所述矢量控制系统中两个PI控制器在过调制区的固定输出及补偿后的坐标系变换角度，控制所述转矩；

滞环区间控制模块，用于当M0≤M≤M1时，按照上一次比较结果对应的控制方式控制所述转矩。

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