1.基于功率补偿的同步磁阻电机无传感器直接转矩控制系统,包括第一减法器(1)、第一PI模块(2)、第二减法器(3)、第一加法器(4)、转矩滞环模块(5)、第三减法器(6)、开关表模块(7)、磁链滞环模块(8)、第二加法器(9)、整流/逆变器模块(10)、定子电压矢量计算模块(11)、定子磁链和转速估算模块(12)、基于有功功率计算的电机实际转矩计算和角度补偿模块(13)、基于无功功率计算的磁链给定幅值补偿模块(14)、定子电流矢量变换模块(15)和同步磁阻电机(16);其特征在于:所述同步磁阻电机(16)输出两相实际电流ia和ib到定子电流矢量变换模块(15);
定子电流矢量变换模块(15)根据输入的两相实际电流ia和ib,经运算得出静止两相坐标系下的电流分量iα和iβ,并将静止两相坐标系下的电流分量iα和iβ分别输出到定子磁链和转速估算模块(12)、基于有功功率计算的电机实际转矩计算和角度补偿模块(13)和基于无功功率计算的磁链给定幅值补偿模块(14);
定子电压矢量计算模块(11)根据开关表模块(7)输出的开关管状态信息Sa、Sb、Sc和整流/逆变器模块(10)输出的直流母线电压值udc,经运算得出静止两相坐标系下的电压分量eα、eβ,并将静止两相坐标系下的电压分量eα、eβ输出到定子磁链和转速估算模块(12)、基于有功功率计算的电机实际转矩计算和角度补偿模块(13)和基于无功功率计算的磁链给定幅值补偿模块(14);
定子磁链和转速估算模块(12)根据输入的静止两相坐标系下的电压分量eα、eβ和静止两相坐标系下的电流分量iα、iβ,经运算得出定子电压矢量角θ、定子磁链ψs和估算速度ne,并将定子电压矢量角θ输出到第二加法器(9),将定子磁链ψs输出到第三减法器(6),将估算速度ne输出到第一减法器(1)和基于有功功率计算的电机实际转矩计算和角度补偿模块(13);
基于有功功率计算的电机实际转矩计算和角度补偿模块(13)根据输入的静止两相坐标系下的电压分量eα、eβ、静止两相坐标系下的电流分量iα、iβ和估算速度ne,经运算得出定子电压矢量角补偿值Δθ和电机实际转矩Te,并将定子电压矢量角补偿值Δθ输出到第二加法器(9),将电机实际转矩Te输出到第二减法器(3);
基于无功功率计算的磁链给定幅值补偿模块(14)根据输入的静止两相坐标系下的电压分量eα、eβ和静止两相坐标系下的电流分量iα、iβ,经运算得出定子磁链的补偿值Δψs,并将定子磁链的补偿值Δψs输出到第一加法器(4);
上位系统输出给定速度nref到第一减法器(1);
第一减法器(1)根据输入的给定速度nref和估算速度ne,经运算得出速度差值Δn,并将速度差值Δn输出到第一PI模块(2);
第一PI模块(2)根据输入的速度差值Δn,经运算得出给定电磁转矩Tref,并将给定电磁转矩Tref输出到第二减法器(3);
第二减法器(3)根据输入的给定电磁转矩Tref和实际转矩Te,经运算得出转矩差值ΔT,并将转矩差值ΔT输出到转矩滞环模块(5);
转矩滞环模块(5)根据输入的转矩差值ΔT,经运算得出转矩控制信号ST,并将转矩控制信号ST输出到开关表模块(7);
上位系统输出定子的给定磁链ψref到第一加法器(4);
第一加法器(4)根据输入的定子的给定磁链ψref和定子磁链的补偿值Δψs,经运算得出新的定子磁链给定值ψref1,并将新的定子磁链给定值ψref1输出到第三减法器(6);
第三减法器(6)根据输入的新的定子磁链给定值ψref1和定子磁链ψs,经运算得出磁链差值Δψ,并将磁链差值Δψ输出到磁链滞环模块(8);
磁链滞环模块(8)根据输入的磁链差值Δψ,经运算得出磁链控制信号SF,并将磁链控制信号SF输出到开关表模块(7);
第二加法器(9)根据输入的定子电压矢量角θ和定子电矢量压角补偿值Δθ,经运算得出新的定子电压位置角θ1,并将新的定子电压位置角θ1输入到开关表模块(7);
开关表模块(7)根据输入的转矩控制信号ST、磁链控制信号SF和新的定子电压位置角θ1,经运算得出各开关管状态信息Sa、Sb、Sc,并将各开关管状态信息Sa、Sb、Sc分别输出到整流/逆变器模块(10)和定子电压矢量计算模块(11);
整流/逆变器模块(10)根据输入的各开关管状态信息Sa、Sb、Sc,经运算得出直流母线电压值udc和静止三相电流ia、ib、ic,并将直流母线电压值udc输出到定子电压矢量计算模块(11);将静止三相电流ia、ib、ic输出到同步磁阻电机(16),驱动同步磁阻电机(16)运行。
2.根据权利要求1所述的基于功率补偿的同步磁阻电机无传感器直接转矩控制系统,其特征是:所述基于有功功率计算的电机实际转矩计算和角度补偿模块(13)包括有功功率计算模块(17)、低通滤波器模块(18)、第四减法器(19)、第二PI模块(20)和电机实际转矩计算模块(21);
定子磁链和转速估算模块(12)输出估算速度ne到电机实际转矩计算模块(21);定子电压矢量计算模块(11)输出静止两相坐标系下的电压分量eα、eβ到有功功率计算模块(17);定子电流矢量变换模块(15)输出静止两相坐标系下的电流分量iα、iβ到有功功率计算模块(17);
有功功率计算模块(17)根据输入的静止两相坐标系下的电流分量iα、iβ和静止两相坐标系下的电压分量eα、eβ,经运算得出有功功率Pp,并分别输出有功功率Pp到低通滤波器模块(18)、第四减法器(19)和电机实际转矩计算模块(21);
低通滤波器模块(18)根据输入的有功功率Pp,经滤波得到滤波后有功功率Pp1,并将滤波后有功功率Pp1输出到第四减法器(19);
第四减法器(19)根据有功功率Pp和滤波后有功功率Pp1,经运算得出误差值ep,并将误差值ep输出到第二PI模块(20);
第二PI模块(20)根据输入的误差值ep,经运算得出定子电矢量压角补偿值Δθ,并将定子电矢量压角补偿值Δθ输出到第二加法器(9);
电机实际转矩计算模块(21)根据输入的估算速度ne和有功功率Pp,经运算得出实际转矩Te,并将实际转矩Te输出到第二减法器(3);
所述有功功率计算模块(17)中有功功率Pp的计算方法如下:
静止两相坐标系下的电压分量eα、eβ和静止两相坐标系下的电流分量iα、iβ分别可以合成为电压矢量e和电流矢量i:式中,e、i分别为电压矢量e、电流矢量i的模, 分别为电压矢量e、电流矢量i的幅角;
有功电流ip为电流矢量i在电压矢量e上的投影;即
是电压矢量e和电流矢量i的幅角差值,将 代入式(四)可得:
有功功率Pp为电压矢量e的模e和有功电流ip的乘积;即
Pp=e·ip (五)
将式(四)代入式(五)中,得出:
3.根据权利要求1或2所述的基于功率补偿的同步磁阻电机无传感器直接转矩控制系统,其特征是:所述基于无功功率计算的磁链给定幅值补偿模块(14)包括无功功率计算模块(22)、加法器(23)和第三PI模块(24);
定子电压矢量计算模块(11)输出静止两相坐标系下的电压分量eα、eβ到无功功率计算模块(22);定子电流矢量变换模块(15)输出静止两相坐标系下的电流分量iα、iβ到无功功率计算模块(22);
无功功率计算模块(22)根据输入的静止两相坐标系下的电流分量iα、iβ和静止两相坐标系下的电压分量eα、eβ,经运算得出无功功率Pq,并输出无功功率Pq到加法器(23);
上位系统输出功率因数χ到加法器(23);
加法器(23)根据输入的无功功率Pq和功率因数χ,经运算得出误差值eq,并将误差值eq输出到第三PI模块(24);
第三PI模块(24)根据输入的误差值eq,经运算得出给定磁链的补偿值 并将给定磁链的补偿值 输出到第一加法器(4);
所述无功功率计算模块(22)中无功功率Pq的计算方法如下:
静止两相坐标系下的电压分量eα、eβ和静止两相坐标系下的电流分量iα、iβ分别可以合成为电压矢量e和电流矢量i:式中,e、i分别为电压矢量e、电流矢量i的模, 分别为电压矢量e、电流矢量i的幅角;
无功电流iq为电流矢量i在电压矢量e法线上的投影;即
将 代入式(3)可得:
无功功率Pq为电压矢量e的模e和无功电流iq的乘积;即
Pq=e·iq (5)
将式(4)代入式(5)中,得出: