基于矢量組合的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設計與仿真
庹朝永，鄭劍
(湖南機電職業(yè)技術學院，湖南長沙410151)
摘要：采用SVPWM的方法對電壓型逆變器的6個基本電壓矢量進行線勝組合，得到6個合成電壓矢量。在此基礎上，優(yōu)化設計出一種三相異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。在MATLAB／SIMULINK環(huán)境下建立該系統(tǒng)的仿真模型，仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)的磁鏈、轉(zhuǎn)矩脈動小，電流諧波小，具有良好的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。
關鍵詞：空間矢最脈寬調(diào)制(SVPWM)；矢量組合；直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)；異步電動機
中圖分類號：TM34 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)12—0049—03
0引 言
三相電壓型逆變器的8種基本開關狀態(tài)，被映射到機電能量轉(zhuǎn)換平面(d-q平面)上，即為6個基本電壓矢量和2個零矢量。傳統(tǒng)的三相異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)在每個控制周期內(nèi)選擇8個矢量中的某一個，去控制逆變器和異步電機，從而將定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩控制在相應的滯環(huán)帶內(nèi)。由于電壓矢量的個數(shù)有限，并且在d—q平面上的分布不連續(xù)，位置互差60。，因此不可避免地導致磁鏈、轉(zhuǎn)矩的脈動較大，電流諧波較大，使電機產(chǎn)生不希望的噪聲和振動。為了解決這一問題，本文采用SVPWM的方法對6個基本電壓矢量進行線性組合，得到6個合成電壓矢量：然后在此基礎上，優(yōu)化設計出一種直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。最后在MATLAB／SIMULINK環(huán)境下建立該系統(tǒng)的仿真模型，并進行仿真實驗驗證。
1電壓空間矢量的線性組合
電壓型逆變器的6個基本矢量和兩個零矢量在d—g平面上的分布如圖1所示。采用SVPWM，對兩個基本矢量和一個零矢量進行線性組合，可得到任一方向、任一幅值的合成矢量�；谶@一思路，利用相鄰的兩個基本矢量，沿它們的角平分線方向進行線性組合，可得到一個合成矢量，其幅值則由兩個基本矢量的作用時間決定。
以相鄰的u 1，u 2線性組合為u 12為例，設采樣周期為T s，u 1的作用時間為T 1，u 2的作用時間為T 2，且  如圖2所示：根據(jù)伏秒平衡原則， 依此類推，可得u23、u34、u56、u61，如圖3所示。為便于選擇這12個電壓矢量，將d—q平面劃分為12個扇區(qū)，每個扇區(qū)的范圍為30。，分別用s1～s12表示，如圖4所示。
2直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設計
2.1總體設計
系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示，逆變器和異步電動機被視為一個整體，因此系統(tǒng)主要由磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測器、磁鏈和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器、逆變器開關表三大部分組成，其中磁鏈和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器、逆變器開關表構(gòu)成非線性控制器。
轉(zhuǎn)速給定值ωr與反饋值ωr進行比較，得到誤差值△ωr，作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。ASR的輸入。ASR的輸出作為轉(zhuǎn)矩給定值Te，轉(zhuǎn)矩給定值Te與觀測值Te行比較，得到誤差值△Te，作為轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器ATR的輸入，ATR的輸出QT，作為逆變器開關表韻設計依據(jù)之一：QTe=一1要求減小轉(zhuǎn)矩，QTe=O要求磁鏈矢量停止正向旋轉(zhuǎn)(或反向旋轉(zhuǎn))，QTe=l要求增大轉(zhuǎn)矩。磁鏈幅值給定值Ψs與觀測值Ψs進行比較，得到誤差值△Ψs，作為磁鏈調(diào)節(jié)器的輸入，磁鏈調(diào)節(jié)器的輸出QΨs 作為逆變器開關表的設計依據(jù)之二：QΨs=O要求減小磁鏈幅值，QΨs=1要求增大磁鏈幅值。由磁鏈角度觀測值<Ψs可得到磁鏈矢量Ψs所在的扇區(qū)sector，sector作為逆變器開關表的設計依據(jù)之三。綜合QTe、QΨs、sector這三個控制量，再綜合上一個采樣周期所施加的電壓矢量us(n一1)，就可以確定本次采樣周期所應該施加的
電壓矢量us(n)。
因此，系統(tǒng)設計的三個主要問題是：(1)磁鏈和 |
