無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的研究
尹中良，劉國(guó)海
（江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，鎮(zhèn)江212013）
摘要：直接轉(zhuǎn)矩控制是一種高性能的電機(jī)控制方法，它能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)，并且能有效的減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，目前已經(jīng)成熟的應(yīng)用在三相異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)上。文章利用在兩相靜止坐標(biāo)系中轉(zhuǎn)子磁鏈分量對(duì)轉(zhuǎn)子位置角的變化率與定子電流分量的乘積來計(jì)算無刷直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)開關(guān)管采用120度導(dǎo)通時(shí)的空間電壓矢量進(jìn)行了定義，并根據(jù)此定義制定開關(guān)表。仿真和試驗(yàn)證明將直接轉(zhuǎn)矩控制應(yīng)用于無刷直流電機(jī)(bn，shless dc motor，bldcm)上，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小的控制性能。
關(guān)鍵詞：無刷直流電機(jī)；直接轉(zhuǎn)矩控制；轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；空間電壓矢量
中圖分類號(hào)：tm36 +1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848( 2010) 04-0052-03
o引言
對(duì)電機(jī)的控制，本質(zhì)上是對(duì)轉(zhuǎn)矩的控制，我們可以通過控制電流來控制轉(zhuǎn)矩，也可以直接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。目前，對(duì)無刷直流電機(jī)來說，大多是采用控制電流的辦法來控制轉(zhuǎn)矩，但沒有好的解決轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度慢，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大的問題，也有采用優(yōu)化pwm調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)消或減小開關(guān)管二二導(dǎo)通換相時(shí)的非導(dǎo)通相的電流脈動(dòng)，從而消除或減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但這種控制方式只能消除或減小換相時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，當(dāng)負(fù)載突變時(shí)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢，也不能減小由此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；文獻(xiàn)[5]提出了一種****電流勵(lì)磁控制方案，它能減小銅耗和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但是它是基于d-q坐標(biāo)變換，對(duì)轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢。
由于無刷直流電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)是梯形波磁場(chǎng)，這不同于三相異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)的正弦波磁場(chǎng)[6，8]；并且由于無刷直流電機(jī)本身的特性，控制時(shí)一般采用二二導(dǎo)通方式，因此將直接轉(zhuǎn)矩控制應(yīng)用在無刷直流電機(jī)存在以下兩個(gè)困難：
①轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式不能采用三相異步或永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制中的轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式，需要重新推導(dǎo)。
②由于采用二二導(dǎo)通方式，空間電壓矢量的表示方式與三三導(dǎo)通不同，需要重新定義。
本文從以上兩個(gè)方面人手，建立無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制模型，并且進(jìn)行仿真和試驗(yàn)。
1無刷直流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制
1.1轉(zhuǎn)矩估算和磁鏈觀測(cè)
一般來說，若忽略d-q軸之間的互感耦合無刷直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩te在同步旋轉(zhuǎn)的d-q坐標(biāo)系中可表示為：
式中l(wèi)d、lq和id、iq分別是d軸和q軸的電感和電流嗎，ψrd、ψrq、ψsd、ψsq分別是轉(zhuǎn)子和定子在d軸和q軸上的磁鏈分量。
對(duì)于轉(zhuǎn)子磁鋼是面貼式的無刷直流電機(jī)來說，將其和式(2) -起代入式(1)并整理化簡(jiǎn)可得無刷直流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩在d-q坐標(biāo)系中的計(jì)算公式
在兩相靜止坐標(biāo)系中的表達(dá)式為
式中ψsα、ψsβ、ψrα、ψrβ分別是定子和轉(zhuǎn)子磁鏈在α-β軸上的分量，isα、isβ是定子電流在α-β軸上的額分量
磁鏈觀測(cè)采用電壓模型，三相定子磁鏈由式(6)來進(jìn)行計(jì)算：
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