永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)設(shè)計
張嵩1，楊霞2，肖竹2
(1．遼寧省高速公路管理局丹東管理處，遼寧丹東118000；2．沈陽工業(yè)大學(xué)，遼寧沈陽110870)
摘要：文章介紹了永磁同步電動機模型和直接轉(zhuǎn)矩控制原理。在直接轉(zhuǎn)矩控制理論的基礎(chǔ)上，本文采用空間矢量調(diào)制技術(shù)，實現(xiàn)全數(shù)字化控制。本系統(tǒng)采用TI公司的數(shù)字信號處理器-TMS320F2812型做為核心控制器件，并分別從硬件和軟件流程上進行說明。實驗結(jié)果表明，該方法具有良好的動態(tài)響應(yīng)和調(diào)速性能。
關(guān)鍵詞：永磁同步電動機；直接轉(zhuǎn)矩控制；數(shù)字信號處理器
O引言
直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)摒棄了傳統(tǒng)矢量控制的解耦思想，采用定子磁鏈定向，直接控制定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩，使其具有控制結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)性能好等優(yōu)點。
本文采用空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)(SVF·WM)，以降低電機轉(zhuǎn)矩脈動，減少電流畸變�？刂破鞑捎玫腄SP為TI公司的專用電機控制芯片，對永磁同步電動機進行直接轉(zhuǎn)矩控制，實現(xiàn)了永磁同步電動機的全數(shù)字控制。
1永磁同步電動機數(shù)學(xué)模型
假設(shè)永磁同步電機具有正弦形的反電動勢波形，不考慮磁路飽和，忽略電機中的渦流損耗和磁滯損耗，可得到其在轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標系出d-q軸系下的數(shù)學(xué)模型為：
式中，ud、uq、ψd、ψq分別為d-q軸上的定子電壓和磁鏈：Ld、Lq分別為d—q軸定子電感；
ψf為永磁體磁鏈：ωr為轉(zhuǎn)子電角頻率；p為磁極對數(shù)；Rs為定子繞組電阻；te為輸出電磁轉(zhuǎn)矩；tL為負載轉(zhuǎn)矩；J為轉(zhuǎn)動慣量；Ωr為轉(zhuǎn)子機械角速度；RΩ為阻尼系數(shù)。
2永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制
直接轉(zhuǎn)矩控制采用控制定子電壓矢量來控制定子磁鏈：通過定子電壓矢量的徑向分量usr控制幅值ψs的變化，而利用其切向分量控制ψs的轉(zhuǎn)速ωs，如式(7)所示。
在定子DQ中，定子磁鏈矢量Ψs的兩個分量ΨD，和ΨQ，由式(8)、(9)估計出來，以求出幅值估計值Ψs和轉(zhuǎn)矩估計值te。
空間矢量調(diào)制技術(shù)(SVPWM)就是使電機獲得一個恒定的圓形磁場。其不同開關(guān)組合電壓向量表如表l所示。其扇區(qū)分布圖如圖l所示，共6個扇區(qū)，8個電壓矢量。
3永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制硬件設(shè)計
硬件設(shè)計上，采用TI公司的DSP的2000系列TMS320F2812，采用IPM智能功率模塊作為整流和逆變單元，即DSP+IPM的模式。其中DSP TMS320F2812實現(xiàn)的功能主要有：I/O處理(包括控制信號：起、停，正反轉(zhuǎn)等)；位置、速度、電流檢測計算；Park反變換和Clark變換；轉(zhuǎn)矩和磁鏈估計算法；速度、轉(zhuǎn)矩、磁鏈調(diào)節(jié)器；電壓空間矢量SVPWM控制。電壓型逆變器由智能功率模塊(IPM)來完成。。IPM主要接收DSP發(fā)送的SVPWM信號，控制IPM內(nèi)部的6個IGBT功率開關(guān)管組成的逆變電路的通斷，產(chǎn)生電壓空間矢量。電動機的檢測電路由相電流檢測和速度(或位置)檢測組成。電流檢測電路由霍爾傳感器將檢測到的A、B、C相電流經(jīng)過隔離放大后轉(zhuǎn)換為電壓信號，輸入DSP，內(nèi)的A／D模塊進行處理，等待Clark程序模塊處理。速度(或位置)檢測電路選用多摩川2500線的增量式光電編碼器來完成。從編碼器輸出的兩路正交信號直接與TMS320F2812的正交編碼脈沖(QEP)相連接。從而計算出轉(zhuǎn)子角位置及轉(zhuǎn)速。圖2為永磁同步電
機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)框圖。
SVM-DTC控制系統(tǒng)原理框圖如圖2所示，其中參考電壓矢量計算單元和空間電壓矢量調(diào)制單SVM替代了常規(guī)DTC中的磁鏈、轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器和開關(guān)表。
在圖2中，參考角速度ω rx與反饋角速度ω r之差經(jīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出參考轉(zhuǎn)矩指令t ex， |
