CN103986398A - 一种永磁同步发电机直接转矩控制方法 - Google Patents

Abstract

一种永磁同步发电机直接转矩控制方法，所述方法的步骤包括：建立永磁同步发电机在坐标系下的非线性数学模型；设计转速控制环的PI型控制器，将转速指令值与实测转速值通过PI型控制器运算，得出内环电磁转矩的指令值；建立永磁同步发电机定子磁链和电磁转矩幅值为状态变量的状态方程；求出永磁同步发电机原***的永磁同步发电机逆***表达式；构建一个新的伪线性***；求出伪线性***等效的线性化子***；采用变指数趋近律的方法设计等效的线性化子***的滑模变结构控制律；将此控制律代入逆***的表达式中，反解出原***的控制量。本发明实现了永磁同步发电机直接转矩控制中电磁转矩和定子磁链幅值的线性化解耦控制，整个控制***的鲁棒性强。

Description

一种永磁同步发电机直接转矩控制方法

技术领域

本发明涉及一种永磁同步发电机直接转矩控制方法，属永磁同步电机技术领域。

背景技术

直接转矩控制方法是继矢量控制方法后出现的一种新的交流电机控制方法，它将电磁转矩和定子磁链作为控制对象，省略了矢量控制方法中复杂的旋转坐标变换，使得其较矢量控制更为简便。

传统的永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator，PMSG)直接转矩控制，将逆变器和永磁同步电机看作一个整体，采用双滞环控制方式比较电磁转矩和定子磁链幅值同参考值之间的误差，并根据比较结果利用最优电压矢量实现电磁转矩和定子磁链幅值的同时控制。但由于永磁同步发电机的数学模型是一个多变量、非线性、强耦合的***，电磁转矩和定子磁链幅值之间相互耦合，传统的直接转矩控制方法会导致电磁转矩、定子磁链幅值脉动较大，电机稳定运行性能差。

逆***方法是近二十年发展起来的一种非线性***反馈线性化方法，其基本思想是，对于给定的控制***，依据对象的模型求解出可用反馈方法实现的原***的逆***，并将原***补偿成具有线性关系且解耦的规范化***，即伪线性***，使之成为了可用线性***的各种控制理论来完成伪线性***的设计。逆***方法物理概念清晰、数学推导简单、易于理解，在一些非线性***控制中得到了广泛应用。

变结构控制具有响应速度快、对***外部参数变化不敏感、鲁棒性强等优点，将其应用到永磁同步发电机的直接转矩控制可增强转矩和磁链响应的快速性和鲁棒性。

发明内容

本发明的目的是，根据永磁同步发电机采用传统的直接转矩控制方法存在的问题，本发明公开一种新的永磁同步发电机直接转矩控制方法，该方法可以实现永磁同步发电机直接转矩控制中电磁转矩和定子磁链幅值的线性化解耦控制。

实现本发明的技术方案是，本发明一种新的永磁同步发电机直接转矩控制方法步骤如下：

(1)建立永磁同步发电机在αβ坐标系下的非线性数学模型；

(2)对转速控制环进行设计：设计转速控制环的PI型控制器，将转速指令值与实测转速值通过PI型控制器运算，得出内环电磁转矩的指令值；

(3)建立永磁同步发电机定子磁链和电磁转矩幅值为状态变量的状态方程；

(4)求出永磁同步发电机原***的逆***表达式；

(5)构建一个新的伪线性***；

(6)求出伪线性***等效的线性化子***；

(7)采用变指数趋近律的方法设计等效的线性化子***的滑模变结构控制律；

(8)将此控制律代入上述逆***的表达式中，反解出原***的控制量。本发明永磁同步发电机在αβ坐标系下的非线性数学模型为：

定子电流方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{i}}_{\mathrm{s\α}}=-\frac{R_s}{L_s}{i}_{\mathrm{s\α}}-{\mathrm{\ω}}_e{i}_s\mathrm{\β}+\frac{{\mathrm{\ω}}_e}{L_s}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\β}}+\frac{1}{L_s}{u}_{\mathrm{s\α}}\\ {\stackrel{.}{i}}_{\mathrm{s\β}}={\mathrm{\ω}}_e{i}_{\mathrm{s\α}}-\frac{R_s}{L_s}{i}_{\mathrm{s\β}}-\frac{{\mathrm{\ω}}_e}{L_s}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}+\frac{1}{L_s}{u}_{\mathrm{s\β}}\end{array}\right.---\left(1\right)$

定子磁链方程为

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{.}{\mathrm{\ψ}}}_{\mathrm{s\α}}=-R_s{i}_{\mathrm{s\α}}+u_{\mathrm{s\α}}\\ {\stackrel{.}{\mathrm{\ψ}}}_{\mathrm{s\β}}=-R_s{i}_{\mathrm{s\β}}+u_{\mathrm{s\β}}\end{array}\right.---\left(2\right)$

电磁转矩和定子磁链幅值方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_e\text{=}\frac{3}{2}{n}_p({\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}{i}_{\mathrm{s\β}}-{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\β}}{i}_{\mathrm{s\α}})\\ {\mathrm{\ψ}}_s={\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}^2+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\β}}^2\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中：R_s、L_s分别为PMSG的定子电阻和电感；u_sα、u_sβ、i_sα、i_sβ分别为定子电压和电流的α、β轴分量；ψ_sα、ψ_sβ分别为定子磁链的α、β轴分量。

本发明将转速指令值与实测转速值通过PI型控制器运算，得出内环电磁转矩的指令为：

将外部转速给定值ω^*与实测转速ω之间的差值经速度PI控制器得出内环电磁转矩的给定信号值即

$T_e^{*}=-(K_p+\frac{K_i}{s})({\mathrm{\ω}}^{*}-\mathrm{\ω})---\left(4\right)$

式中：K_p、K_i分别为PI控制器的比例、积分系数。

本发明选取***的状态变量为[x₁,x₂]＝[T_e,ψ_s]，控制量为[u₁,u₂]＝[u_sα,u_sβ]，输出量为[y₁,y₂]＝[x₁,x₂]＝[T_e,ψ_s]，建立的永磁同步发电机定子磁链和电磁转矩幅值为状态变量的状态方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{x}}_1=f_1\left(x\right)+g_{11}{u}_1+g_{21}{u}_2\\ {\stackrel{\·}{x}}_2=f_2\left(x\right)+g_{12}{u}_1+g_{22}{u}_2\\ y_1=x_1\\ y_2=x_2\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中： $f_1\left(x\right)={3n}_p[{\mathrm{\ω}}_e({\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}{i}_{\mathrm{s\α}}+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}{i}_{\mathrm{s\α}})-{\mathrm{\ω}}_e({\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}^2+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\β}}^2)/L_s+R_s({\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\β}}{i}_{\mathrm{s\α}}+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}{i}_{\mathrm{s\β}})/L_s]/2;$

f₂(x)＝-2R_s(ψ_sαi_sα+ψ_sβi_sβ)， $g_{11}=\frac{3}{2}{n}_p(i_{\mathrm{s\β}}-{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\β}}/L_s),g_{12}=\frac{3}{2}{n}_p({\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}/L_s-i_{\mathrm{s\α}}),$ g₂₁＝2ψ_sα，g22＝2ψ_sβ，为x₁的一阶导数；为x₂的一阶导数；

令 $G=\left[\begin{array}{cc}{g}_{11}& g_{12}\\ g_{21}& g_{22}\end{array}\right],$ 计算可得|G|≠0。

本发明求原***的逆***为：

对式(5)的输出方程求导得：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{y}}_1=f_1\left(x\right)+g_{11}{u}_1+g_{21}{u}_2\\ {\stackrel{\·}{y}}_2=f_2\left(x\right)+g_{12}{u}_1+g_{22}{u}_2\end{array}\right.---\left(6\right)$

由上式可知，y₁与y₂的一阶导数中显含输入变量，令则可求得式(5)的逆***为：

$\left[\begin{array}{c}{u}_1\\ u_2\end{array}\right]=G^{-1}\left[\begin{array}{c}{v}_1-f_1\left(x\right)\\ v_2-f_2\left(x\right)\end{array}\right]---\left(7\right)$

本发明永磁同步发电机的逆***表达式为： $\left[\begin{array}{c}{u}_1\\ u_2\end{array}\right]=G^{-1}\left[\begin{array}{c}{v}_1-f_1\left(x\right)\\ v_2-f_2\left(x\right)\end{array}\right]$

其中ν₁，ν₂为逆***的控制量；本发明求出伪线性***等效出的线性化子***为：

线性化子***分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{x}}_1=v_1\\ y_1=x_1\end{array}\right.---\left(8\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{x}}_2=v_2\\ y_2=x_2\end{array}\right.---\left(2\right)$

通过v₁、v₂即可分别控制y₁、y₂，从而实现了电磁转矩T_e和定子磁链幅值ψ_s的线性化解耦控制。

本发明设计等效的线性化子***的滑模变结构控制律为：

采用变结构控制理论中的变指数趋近律方法设计其控制律，***的控制目标为：取滑模面

$s_1=x_1-x_1^{*}---\left(10\right)$

变指数趋近律为

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{s}=-k{\left|X\right|}^{a}s-\mathrm{\ϵ}{\left|X\right|}^b\mathrm{sgn}\left(s\right)\\ \underset{t\→\∞}{\lim }\left|X\right|=0,a\≥0,b\≥0,\mathrm{\ϵ}>0,k>0\end{array}\right.---\left(11\right)$

式中，sgn(s)为符号函数；k、ε为变结构控制参数；a与b为小于等于4的正整数。

取状态变量令a＝b＝1，求得子***(9)的控制输入量为：

$v_1=k_1|x_1^{*}-x_1|(x_1^{*}-x_1)+{\mathrm{\ϵ}}_1|x_1^{*}-x_1|\mathrm{sgn}(x_1^{*}-x_1)+{\stackrel{\·}{x}}_1^{*}---\left(12\right)$

同理，可求得子***(10)的控制输入量为：

$v_2=k_2|x_2^{*}-x_2|(x_2^{*}-x_2)+{\mathrm{\ϵ}}_2|x_2^{*}-x_2|\mathrm{sgn}(x_2^{*}-x_2)+{\stackrel{\·}{x}}_2^{*}---\left(13\right)$

本发明的有益效果是，实现了永磁同步发电机直接转矩控制中电磁转矩和定子磁链幅值的线性化解耦控制，可以减小传统直接转矩控制中转矩、磁链和电流脉动大的问题，并且整个控制***的鲁棒性强。

附图说明

图1为永磁同步发电机的坐标变换原理图；

图2为基于逆***方法的永磁同步发电机直接转矩控制的原理图；

图3为本发明新型控制方法的流程图；

图4为本发明新型控制方法中逆***方法线性化原理图；

图中符号表示：ψ_s、ψ_f分别为定子磁链矢量和转子磁链矢量，并且d轴指向ψ_f方向；θ_r为d轴与α轴之间的夹角；ω_e为转子旋转电角速度；为PMSG定子磁链幅值的给定值。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如图所示。

图1为永磁同步发电机的坐标变换原理图，通过它可以将永磁同步发电机在dq坐标系下的数学模型转换成αβ坐标系下的数学模型。

图2为基于逆***方法的永磁同步发电机直接转矩控制的原理图。本实施例永磁同步发电机的数学模型在αβ坐标系下是一个多变量、非线性、强耦合的***，使得直接转矩控制时电磁转矩和定子磁链幅值之间相互耦合，导致电磁转矩、定子磁链幅值脉动较大，电机稳定运行性能差。本实施例采用直接转矩控制、逆***方法和变结构控制理论相结合的新型控制方法来改善电机的控制性能。首先采用非线性控制理论中的逆***方法求出原***的逆***，并将其与原***一起构造出一个伪线性***，实现原***的线性化解耦控制，然后采用变指数趋近律的方法设计出伪线性***的变结构控制律，下面结合理论推导和原理图解释本发明所提出的控制方法。

如图3中步骤101所示，建立永磁同步发电机在αβ坐标系下的数学模型，本实施例首先建立PMSG在αβ坐标系下的数学模型：

依据熟知的PMSG在dq两相同步旋转坐标下的数学模型，对于隐极同步发电机(L_sd＝L_sq＝L_s)，使用如图1所示的坐标变换，可得出在αβ两相静止坐标系下PMSG的数学模型：

定子电流方程为

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{i}}_{\mathrm{s\α}}=-\frac{R_s}{L_s}{i}_{\mathrm{s\α}}-{\mathrm{\ω}}_e{i}_s\mathrm{\β}+\frac{{\mathrm{\ω}}_e}{L_s}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\β}}+\frac{1}{L_s}{u}_{\mathrm{s\α}}\\ {\stackrel{.}{i}}_{\mathrm{s\β}}={\mathrm{\ω}}_e{i}_{\mathrm{s\α}}-\frac{R_s}{L_s}{i}_{\mathrm{s\β}}-\frac{{\mathrm{\ω}}_e}{L_s}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}+\frac{1}{L_s}{u}_{\mathrm{s\β}}\end{array}\right.---\left(1\right)$

定子磁链方程为

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{.}{\mathrm{\ψ}}}_{\mathrm{s\α}}=-R_s{i}_{\mathrm{s\α}}+u_{\mathrm{s\α}}\\ {\stackrel{.}{\mathrm{\ψ}}}_{\mathrm{s\β}}=-R_s{i}_{\mathrm{s\β}}+u_{\mathrm{s\β}}\end{array}\right.---\left(2\right)$

电磁转矩和定子磁链幅值方程为

$\left\{\begin{array}{c}{T}_e\text{=}\frac{3}{2}{n}_p({\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}{i}_{\mathrm{s\β}}-{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\β}}{i}_{\mathrm{s\α}})\\ {\mathrm{\ψ}}_s={\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}^2+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\β}}^2\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中：R_s、L_s分别为PMSG的定子电阻和电感；u_sα、u_sβ、i_sα、i_sβ分别为定子电压和电流的α、β轴分量；ψ_sα、ψ_sβ分别为定子磁链的α、β轴分量

如图3中步骤102所示，设计速度控制环的转速PI型控制器：

将外部转速给定值ω^*与实测转速ω之间的差值经速度PI控制器得出内环电磁转矩的给定信号值即

$T_e^{*}=-(K_p+\frac{K_i}{s})({\mathrm{\ω}}^{*}-\mathrm{\ω})---\left(4\right)$

式中：K_p、K_i分别为PI控制器的比例、积分系数。

如图3中步骤103所示，建立永磁同步发电机定子磁链和电磁转矩幅值为状态变量的状态方程：

由式(3)可知，PMSG的定子磁链和电磁转矩之间相互耦合，为了实现它们之间的线性化解耦控制，选取***的状态变量为[x₁,x₂]＝[T_e,ψ_s]，控制量为[u₁,u₂]＝[u_sα,u_sβ]，输出量为[y₁,y₂]＝[x₁,x₂]。分别对状态变量x₁、x₂求导数，并代入式(1)(2)得***的状态方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{x}}_1=f_1\left(x\right)+g_{11}{u}_1+g_{21}{u}_2\\ {\stackrel{\·}{x}}_2=f_2\left(x\right)+g_{12}{u}_1+g_{22}{u}_2\\ y_1=x_1\\ y_2=x_2\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中： $f_1\left(x\right)={3n}_p[{\mathrm{\ω}}_e({\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}{i}_{\mathrm{s\α}}+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}{i}_{\mathrm{s\α}})-{\mathrm{\ω}}_e({\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}^2+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\β}}^2)/L_s+R_s({\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\β}}{i}_{\mathrm{s\α}}+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}{i}_{\mathrm{s\β}})/L_s]/2;$

f₂(x)＝-2R_s(ψ_sαi_sα+ψ_sβi_sβ)， $g_{11}=\frac{3}{2}{n}_p(i_{\mathrm{s\β}}-{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\β}}/L_s),g_{12}=\frac{3}{2}{n}_p({\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}/L_s-i_{\mathrm{s\α}}),$ g₂₁＝2ψ_sα，g₂₂＝2ψ_sβ，

令 $G=\left[\begin{array}{cc}{g}_{11}& g_{12}\\ g_{21}& g_{22}\end{array}\right],$ 计算可得|G|≠0。

如图3中步骤104所示，求原***的逆***：

对式(5)的输出方程求导得：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{y}}_1=f_1\left(x\right)+g_{11}{u}_1+g_{21}{u}_2\\ {\stackrel{\·}{y}}_2=f_2\left(x\right)+g_{12}{u}_1+g_{22}{u}_2\end{array}\right.---\left(6\right)$

由上式可知，y₁与y₂的一阶导数中显含输入变量，令则可求得式(5)的逆***为

$\left[\begin{array}{c}{u}_1\\ u_2\end{array}\right]=G^{-1}\left[\begin{array}{c}{v}_1-f_1\left(x\right)\\ v_2-f_2\left(x\right)\end{array}\right]---\left(7\right)$

如图3中步骤105所示，构造出一新的伪线性***：

将式(7)串联在原***之前，如图(2)所示。从输入输出关系可以看出，逆***式(7)将原***式(5)补偿成了具有线性传递关系的解耦的伪线性***。

如图3中步骤106所示，求伪线性***等效出的线性化子***：

由图(2)可知，线性化子***分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{x}}_1=v_1\\ y_1=x_1\end{array}\right.---\left(8\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{x}}_2=v_2\\ y_2=x_2\end{array}\right.---\left(9\right)$

通过v₁、v₂即可分别控制y₁、y₂，从而实现了电磁转矩T_e和定子磁链幅值ψ_s的线性化解耦控制。

如图3中步骤107所示，设计线性化子***的变结构控制律：

对于子***(9)，设计其控制律的方法多种多样，本发明采用变结构控制理论中的变指数趋近律方法设计其控制律。***的控制目标为：取滑模面

$s_1=x_1-x_1^{*}---\left(10\right)$

变指数趋近律为：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{s}=-k{\left|X\right|}^{a}s-\mathrm{\ϵ}{\left|X\right|}^b\mathrm{sgn}\left(s\right)\\ \underset{t\→\∞}{\lim }\left|X\right|=0,a\≥0,b\≥0,\mathrm{\ϵ}>0,k>0\end{array}\right.---\left(11\right)$

式中，sgn(s)为符号函数；k、ε为变结构控制参数；a与b为小于等于4的正整数。

取状态变量令a＝b＝1，求得子***(9)的控制输入量为：

$v_1=k_1|x_1^{*}-x_1|(x_1^{*}-x_1)+{\mathrm{\ϵ}}_1|x_1^{*}-x_1|\mathrm{sgn}(x_1^{*}-x_1)+{\stackrel{\·}{x}}_1^{*}---\left(12\right)$

同理，可求得子***(10)的控制输入量为：

$v_2=k_2|x_2^{*}-x_2|(x_2^{*}-x_2)+{\mathrm{\ϵ}}_2|x_2^{*}-x_2|\mathrm{sgn}(x_2^{*}-x_2)+{\stackrel{\·}{x}}_2^{*}---\left(13\right)$

如图3中步骤108所示，通过伪线性***的控制输入量反解原***的控制量：

将式(12)、(13)代入式(7)可求得原***控制输入量u₁、u₂的表达式如下：

$\left[\begin{array}{c}{u}_1\\ u_2\end{array}\right]=G^{-1}\left[\begin{array}{c}{k}_1|x_1^{\text{*}}{x}_1\text{|}(x_1^{*}-x_1)+{\mathrm{\ϵ}}_1|x_1^{*}-x_1|\mathrm{sgn}(x_1^{*}-x_1)+{\stackrel{\·}{x}}_1^{*}-f_1\left(x\right)\\ k_2|x_2^{*}-x_2|(x_2^{*}-x_2)+{\mathrm{\ϵ}}_2|x_2^{*}-x_2|\mathrm{sgn}(x_2^{*}-x_2)+{\stackrel{\·}{x}}_2^{*}-f_2\left(x\right)\end{array}\right]---\left(14\right)$

以上为本发明的实施方法，实现了电磁转矩T_e和定子磁链幅值ψ_s的线性化解耦控制，并设计出了电磁转矩和定子磁链幅值的变结构控制律，求出了原***的控制量。

Claims (7)

1.一种永磁同步发电机直接转矩控制方法，其特征在于，所述方法的步骤为：

(1)建立永磁同步发电机在αβ坐标系下的非线性数学模型；

(2)设计转速控制环的PI型控制器，将转速指令值与实测转速值通过PI型控制器运算，得出内环电磁转矩的指令值；

(3)建立永磁同步发电机定子磁链和电磁转矩幅值为状态变量的状态方程；

(4)求出永磁同步发电机原***的逆***表达式；

(5)构建一个新的伪线性***；

(6)求出伪线性***等效的线性化子***；

(7)采用变指数趋近律的方法设计等效的线性化子***的滑模变结构控制律；

(8)将此控制律代入逆***的表达式中，反解出原***的控制量。

2.根据权利要求1所述的一种永磁同步发电机直接转矩控制方法，其特征在于，所述非线性数学模型为：

定子电流方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{i}}_{\mathrm{s\α}}=-\frac{R_s}{L_s}{i}_{\mathrm{s\α}}-{\mathrm{\ω}}_e{i}_s\mathrm{\β}+\frac{{\mathrm{\ω}}_e}{L_s}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\β}}+\frac{1}{L_s}{u}_{\mathrm{s\α}}\\ {\stackrel{.}{i}}_{\mathrm{s\β}}={\mathrm{\ω}}_e{i}_{\mathrm{s\α}}-\frac{R_s}{L_s}{i}_{\mathrm{s\β}}-\frac{{\mathrm{\ω}}_e}{L_s}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}+\frac{1}{L_s}{u}_{\mathrm{s\β}}\end{array}\right.$

定子磁链方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{.}{\mathrm{\ψ}}}_{\mathrm{s\α}}=-R_s{i}_{\mathrm{s\α}}+u_{\mathrm{s\α}}\\ {\stackrel{.}{\mathrm{\ψ}}}_{\mathrm{s\β}}=-R_s{i}_{\mathrm{s\β}}+u_{\mathrm{s\β}}\end{array}\right.$

电磁转矩和定子磁链幅值方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_e\text{=}\frac{3}{2}{n}_p({\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}{i}_{\mathrm{s\β}}-{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\β}}{i}_{\mathrm{s\α}})\\ {\mathrm{\ψ}}_s={\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}^2+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\β}}^2\end{array}\right.$

式中：R_s、L_s分别为PMSG的定子电阻和电感；u_sα、u_sβ、i_sα、i_sβ分别为定子电压和电流的α、β轴分量；ψ_sα、ψ_sβ分别为定子磁链的α、β轴分量；ψ_s为定子磁链；Τ_e为电磁转矩；n_p为电机极对数；ω_e为转子旋转电角速度。

3.根据权利要求1所述的一种永磁同步发电机直接转矩控制方法，其特征在于，所述内环电磁转矩的指令值为：

$T_e^{*}=-(K_p+\frac{K_i}{s})({\mathrm{\ω}}^{*}-\mathrm{\ω})$

式中，K_p、K_i分别为PI控制器的比例、积分系数；ω^*为外部转速给定值；ω为实测转速。

4.根据权利要求1所述的一种永磁同步发电机直接转矩控制方法，其特征在于，选取***的状态变量为[x₁,x₂]＝[T_e,ψ_s]，控制量为[u₁,u₂]＝[u_sα,u_sβ]，输出量为[y₁,y₂]＝[_x1,x₂]＝[T_e,ψ_s]所述状态方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{x}}_1=f_1\left(x\right)+g_{11}{u}_1+g_{21}{u}_2\\ {\stackrel{\·}{x}}_2=f_2\left(x\right)+g_{12}{u}_1+g_{22}{u}_2\\ y_1=x_1\\ y_2=x_2\end{array}\right.$

式中， $f_1\left(x\right)={3n}_p[{\mathrm{\ω}}_e({\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}{i}_{\mathrm{s\α}}+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}{i}_{\mathrm{s\α}})-{\mathrm{\ω}}_e({\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}^2+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\β}}^2)/L_s+R_s({\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\β}}{i}_{\mathrm{s\α}}+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}{i}_{\mathrm{s\β}})/L_s]/2;$

f₂(x)＝-2R_s(ψ_sαi_sα+ψ_sβi_sβ)， $g_{11}=\frac{3}{2}{n}_p(i_{\mathrm{s\β}}-{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\β}}/L_s),g_{12}=\frac{3}{2}{n}_p({\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{s\α}}/L_s-i_{\mathrm{s\α}}),$ g₂₁＝2ψ_sα，g₂₂＝2ψ_sβ；

令 $G=\left[\begin{array}{cc}{g}_{11}& g_{12}\\ g_{21}& g_{22}\end{array}\right],$ 计算可得|G|≠0。

5.根据权利要求1所述的一种永磁同步发电机直接转矩控制方法，其特征在于，所述逆***表达式为：

$\left[\begin{array}{c}{u}_1\\ u_2\end{array}\right]=G^{-1}\left[\begin{array}{c}{v}_1-f_1\left(x\right)\\ v_2-f_2\left(x\right)\end{array}\right]$

其中，ν₁为ν₂为是y₁的一阶导数；是y₂的一阶导数。

6.根据权利要求1所述的一种永磁同步发电机直接转矩控制方法，其特征在于，所述线性化子***为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{x}}_1=v_1\\ y_1=x_1\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{x}}_2=v_2\\ y_2=x_2\end{array}\right.$

通过v₁、v₂即可分别控制y₁、y₂，从而实现了电磁转矩T_e和定子磁链幅值ψ_s的线性化解耦控制；式中，为x₁的一阶导数；为x₂的一阶导数。

7.根据权利要求1所述的一种永磁同步发电机直接转矩控制方法，其特征在于，所述反解出原***的控制量为：

$\left[\begin{array}{c}{u}_1\\ u_2\end{array}\right]=G^{-1}\left[\begin{array}{c}{k}_1|x_1^{\text{*}}{x}_1\text{|}(x_1^{*}-x_1)+{\mathrm{\ϵ}}_1|x_1^{*}-x_1|\mathrm{sgn}(x_1^{*}-x_1)+{\stackrel{\·}{x}}_1^{*}-f_1\left(x\right)\\ k_2|x_2^{*}-x_2|(x_2^{*}-x_2)+{\mathrm{\ϵ}}_2|x_2^{*}-x_2|\mathrm{sgn}(x_2^{*}-x_2)+{\stackrel{\·}{x}}_2^{*}-f_2\left(x\right)\end{array}\right]$

式中，u₁、u₂为原***控制输入量；sgn(s)为符号函数；k、ε为变结构控制参数；为x₁的参考值；为x₂的参考值；为的一阶导数；为的一阶导数。