直接轉(zhuǎn)矩控制策略的扇區(qū)劃分和細(xì)分技術(shù)
吳志剛
(臺州學(xué)院，浙江臺州318000)
摘要：根據(jù)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的直接控制轉(zhuǎn)矩思想，通過對傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制策略的扇區(qū)進(jìn)行重新劃分改進(jìn)，并在此基礎(chǔ)上對扇區(qū)進(jìn)行細(xì)分，得到改進(jìn)的開關(guān)電壓選擇。表在maitab／simulmk中，得到定子磁鏈軌跡、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)、定子電流等結(jié)果，仿真結(jié)果表明轉(zhuǎn)矩和定子電流脈動有較大降低，定子磁鏈軌跡建立速度有較大的提高。
0引 言
直接轉(zhuǎn)矩控制是繼矢量控制之后出現(xiàn)的一種高性能交流電動機(jī)控制策略。與矢量控制方法不同，它不是通過控制電流、磁鏈等量來間接控制轉(zhuǎn)矩，而是對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制。根據(jù)磁鏈誤差和轉(zhuǎn)矩誤差以及磁鏈空間位置，選擇合適的空間電壓矢量來控制轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈，控制定子磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度以改變磁通角的大小，以達(dá)到控制電磁轉(zhuǎn)矩的目的，對轉(zhuǎn)矩和磁鏈分別采用滯環(huán)控制器來實現(xiàn)。傳統(tǒng)的扇區(qū)劃分中，在一個電壓作用周期內(nèi)，使用同一個電壓矢量，因此對于大的和小的轉(zhuǎn)矩和磁通誤差沒有多大區(qū)別。而且空間電壓矢量的選擇會引起定子磁鏈幅值和磁通角同時變化，所以通常會舍棄引起這兩者變化趨勢相矛盾的空間電壓矢量，從而使控制目標(biāo)不明確，控制性能不能達(dá)到****：本文在對傳統(tǒng)扇區(qū)劃分和空間電壓選擇的基礎(chǔ)上，提出改變扇區(qū)劃分方法和扇區(qū)細(xì)分的直接轉(zhuǎn)矩控制方案，主要對電壓開關(guān)表進(jìn)行改進(jìn)，通過仿真實驗驗證該方法的有效性。
1逆變器輸出電壓模型
三相電壓型逆變器如圖1所示。在三相電壓型逆變器的三個橋臂中，每條撟臂的上下兩個開關(guān)器件的開關(guān)信號是互補(bǔ)的。定義上橋臂開關(guān)器件閉合時“ci=1”(i=a，b，c)，下橋臂開關(guān)器件閉合時為“ci=o”。
三個相互獨立的橋臂可以構(gòu)成8個不同的開關(guān)狀態(tài)，即可以輸出8個不同的電壓，采用如下表示的矢量變換：
在8個向量中，有6個非零電壓矢量和2個零電壓矢量，電壓矢量如圖2表示。
1．1定子磁鏈控制
在兩相垂直d-q坐標(biāo)軸下定義的定子電壓分量(usd、usq)由輸出電壓u0和isa,b,c所決定：
定子電流分量isd、isq：
轉(zhuǎn)子磁鏈以同步角速度沿圓形軌跡旋轉(zhuǎn)，其幅值由負(fù)載決定。假設(shè)定子電阻在很長的工作周期內(nèi)保持不變，則在一個周期內(nèi)作用到感應(yīng)電機(jī)的定子電壓也保持不變。定子磁鏈可以通過列輸入電壓和定子電阻壓降的差值進(jìn)行積分計算：
在開關(guān)轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，每個電壓矢量是常數(shù)，式(4)可以改寫為：
式中：φs0為初始定子磁通條件
實際上，在電機(jī)高速運行狀態(tài)下，忽略定子電阻壓降，有：
圖3表示當(dāng)us≈u3的情況。式(5)表明定子磁鏈運行軌跡與當(dāng)時施加的定子電壓即逆變器輸出電壓空間矢量指向一致。φs0是在開關(guān)動作瞬間的初始定子磁鏈氣隙，電壓矢量平面可以被分成6個區(qū)塊，如圖2所示。在每一個區(qū)塊中，可以得到最小的開關(guān)頻率的兩個相鄰的電壓矢量，一個可以增加定子磁鏈的幅值，一個可以減少定子磁鏈的幅值。例如：在區(qū)域1中可以選擇電壓矢量v4和v3來增加或者減少定子磁鏈幅值。以此類推，通過選擇正確的電壓矢量可以使定子磁鏈幅值達(dá)到設(shè)定的參考值，同樣也可以用來保持定子磁鏈的幅值和電磁轉(zhuǎn)矩的幅值在滯環(huán)容差內(nèi)。
1．2定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩計算
定子磁鏈的幅值可以用下式計算：
定子磁鏈由下式得到：
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