基于固定矢量作用時(shí)間的新型直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)
徐艷平1，鐘彥儒1，于宏全2
(1西安理工大學(xué)，陜西西安710048；2中興通訊股份有限公司，陜西西安710065)
摘要：永磁同步電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制具有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大、開(kāi)關(guān)頻率不恒定等缺點(diǎn)，在分析傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制中磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的基礎(chǔ)上，利用固定矢量作用時(shí)間合成新矢量的新型直接轉(zhuǎn)矩控制方法控制永磁同步電動(dòng)機(jī)。該方法根據(jù)轉(zhuǎn)矩和磁鏈誤差來(lái)選擇基本電壓矢量對(duì)，根據(jù)磁鏈的位置和轉(zhuǎn)矩誤差的大來(lái)確定所選擇的基本電壓矢量的作用時(shí)間，從而得到了新的合成電壓矢量進(jìn)行控制。仿真結(jié)果表明基于固定矢量作用時(shí)間的新型直接轉(zhuǎn)矩控制方法能夠有效減小傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制方法中的磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，同時(shí)不增加控制的復(fù)雜性，明顯改善了系統(tǒng)的控制性能。
關(guān)鍵詞：直接轉(zhuǎn)矩控制；永磁同步電動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；電壓矢量
中圖分類號(hào)：TM341 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2010)04—0059—03
0引 言
永磁同步電動(dòng)機(jī)具有高功率密度和高轉(zhuǎn)矩慣性比，因此廣泛應(yīng)用于高性能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中[1]。永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制方式主要采用矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。與矢量控制相比，直接轉(zhuǎn)矩控制具有控制方式簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快、便于實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化的優(yōu)點(diǎn)[2]。但是直接轉(zhuǎn)矩控制也具有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大、開(kāi)關(guān)頻率不恒定等缺點(diǎn)，因此許多學(xué)者提出了一些改進(jìn)方法，如利用離散空間矢量方法[3]、空間矢量調(diào)制方法[4-5]、占空比控制方法[6]等，以改進(jìn)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制方法中的這些缺點(diǎn)。
本文分析了永磁同步電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制中的磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響因素，詳細(xì)介紹了以相鄰基本電壓矢量利用固定矢量作用時(shí)間合成新矢量的永磁同步電動(dòng)機(jī)新型直接轉(zhuǎn)矩控制方法，并用Matlab仿真軟件對(duì)該控制方法進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明所采用的方法可以有效地減小傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制中的轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動(dòng)。
1傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制中的磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)分析
在永磁同步電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制中，磁鏈和轉(zhuǎn)矩的控制是采用磁鏈和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在逆變器的各個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，所選擇的電壓矢量一直作用于電機(jī)，磁鏈和轉(zhuǎn)矩始終沿著一個(gè)方向變化，由于采用滯環(huán)控制，當(dāng)磁鏈值由小變大達(dá)到給定值時(shí)，電壓矢量仍然繼續(xù)作用，直到磁鏈值和磁鏈額定值的誤差達(dá)到磁鏈滯環(huán)寬度，才改變電壓矢量，并且只有當(dāng)本次控制周期結(jié)束時(shí)，逆變器才真正改變開(kāi)關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)矩的控制方式也是如此，因此磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)會(huì)超出所設(shè)定的容差范圍。下面就磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)做一簡(jiǎn)要分析。
1．1磁鏈脈動(dòng)
直接轉(zhuǎn)矩控制中，定子電壓與磁鏈的關(guān)系式：
式中：us為定子電壓is為定子電流；Ψs為定子磁鏈；Rｓ為永磁同步電動(dòng)機(jī)定子電阻。式(1)離散化后可以寫(xiě)成：
式中：Ｔｓ為采樣時(shí)間。在一個(gè)采樣時(shí)間內(nèi)磁鏈的變化值：
式(3)說(shuō)明減小采樣周期，磁鏈變化值就會(huì)減小，同時(shí)，如果能夠合理控制一個(gè)采樣周期內(nèi)作用于電機(jī)的電壓值，那么同樣可以減小磁鏈脈動(dòng)。
1．2轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)
永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算式：
式中：機(jī)為永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈；p為電機(jī)極對(duì)數(shù)；Ｌｄ、Ｌq為電感的d、q軸分量；δ為定轉(zhuǎn)子磁鏈之間的夾角。當(dāng)Ψs恒定不變踺．對(duì)式(4)插直于δ求微分．可得
當(dāng)轉(zhuǎn)矩變化很小時(shí)，有：
在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，若磁鏈變化△Ψs，負(fù)載角δ也會(huì)變化，如圖1所示，動(dòng)態(tài)情況下，負(fù)載角δ圖1定子磁鏈動(dòng)態(tài)變化圖  |
