基于参考磁链补偿的PMSM的直接转矩控制仿真

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1、http://www.paper.edu.cn基于参考磁链补偿的PMSM的直接转矩控制仿真刘鹏，徐华中武汉理工大学自动化学院，武汉(430070)E-mail：71395871@qq.com摘要：以转子旋转的坐标系d-q中建立永磁同步电机PMSM数学模型且针对基于参考磁链补偿的直接转矩控制系统进行建模与仿真。详细介绍了一些永磁同步电机的基于参考磁链补偿的直接转矩控制实现流程。仿真结果表明基于参考磁链补偿的直接转矩控制策略比传统的直接转矩控制具有优良的动态性能。关键词：永磁同步电机；SVM；直接转矩控制1．引言[1]直接转矩控制是作为高性能交流调速控制策略之一具有很多优

2、异性能。直接转矩控制采用的是定子磁链定向,利用滞环控制器进行调节,由于其省略复杂的坐标变换等单元,具有结构简单,对电机参数依赖小,具有转矩响应快等优点。但是传统直接转矩控制方法在由于可供选择的电压空间矢量被局限为只有8个，无法同时满足系统对转矩和磁链的双重要求，从而会导致DTC系统出现较大的磁链、转矩脉动。而在永磁同步电机（PMSM）DTC中利用空间矢量的调制技术可在不改变系统硬件结构的条件下获得更多的、连续变化的电压空间矢量，进而实现对电机磁链、转矩更准确的控制，并可以提高系统稳态性能，同时也使逆变器的开关频率变为近似恒定，因此被认为是改善传统DTC稳态性能的一种很

3、有效的方法。2.数学模型DTC的思想是保持定子磁链恒定，电机转矩随定、转子磁链夹角δ的变化。在系统达到[3]稳态情况下负载角δ恒定。先推导电机转矩与负载角δ的关系。先对PMSM作如下假设:忽略电动机铁心的饱和;不计电动机中的涡流和磁滞损耗;转子无阻尼绕组。PMSM电机建立在d-q的数学表达式：定子磁链方程为：ψ=+Liψ；（1）dddfψ=Li；（2）qqq电压方程为:up=−+ψψωRi；（3）ddqsdup=++ψψωRi；（4）qqdsq电磁转矩方程为：3Tn=−()iiψψ（5）epqddq23npTL=−ψ[2ψδsinψ(L−L)sin2]δ；（6）esf

4、qsdq4LLdq对于凸极率ρ=LL/=1的永磁同步电机，对转矩取导，即变化率：qd-1-http://www.paper.edu.cn3cnψψosδpsfdT==dδ；(7)e2Ls式中R为定子绕组电阻，p为微分算子，iiuu,,ψψ分别为定子电流、电压、磁链sdqdq,,,dq在d轴和q上的分量，n为电机极对数。p3.SVM-DTC控制原理空间矢量PWM与传统的正弦PWM波不同，它是从电动机的角度出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹，不仅使得电机转矩脉动降低，电流波形畸变减少，而且与常规的SPWM技术相比直流电压利用率有很大的提高，并且易于实现数字化。SV

5、M的目标是利用电压逆变器固有的基本空间电压矢量合成所需的参考电压空间矢量。因此SVM-DTC采用参考电压矢量估计器和SVPWM模块替代了传统DTC中的磁链、转矩滞环调节器和开关表。图1SVM-DTC系统结构框图由于转矩观测值T与速度调节器输出的转矩参考值T之间存在误差ΔT，由式(7)erefedT和dδ之间的关系可知道，只要改变负载角增量dδ就可以使转矩增量dT快速变化，从ee而获得电磁转矩的快速响应。负载角增量dδ的变化意味这定子磁链的变化。我们可以通过对相邻两个基本电压空间矢量的作用时间不同，8个基本电压空间矢量可以合成任意多个电压空间矢量，这样，就可以在一个开关

6、周期内选择最合理的、合成的电压空间矢量来补偿电机转矩和定子磁链的观测值与参考值之间的误差。为了能够补偿这个误差，定子磁链的相位角需要增加Δθ，Δθ可以通过速度调节PI环输出的给定转矩与系统估算的电磁转矩的误uuuur差通过PI调节器来反应对应关系。通过给定下一周期预测磁链幅值ψ，它与定子磁链的srefuuvuuvuuv观测值ψ之间存在矢量误差Δψ，再经电压空间矢量计算模型得到能够补偿误差Δψ的sss定子参考电压分量U和U。由SVPWM选择所应施加的电压矢量，计算其所选相邻电压αβ矢量的作用时间，输出逆变器控制信号，控制逆变器开关状态，实现磁链偏差的精确补偿和电压矢量连

7、续可调。-2-http://www.paper.edu.cn图2SVM-DTC系统结构框图uuvuuuuv图2SVM-DTC系统中的磁链矢量关系中，其中ψ在当前磁链矢量，ψ为下一采样周ssrefuur期的磁链矢量，需要补偿的参考矢量Δψ：s图3SVM-DTC系统中的磁链矢量关系参考电压生成估计器：通过对永磁同步电机各磁链矢量及电压矢量间的关系进行分析，可得参考电压空间矢量*U的值和角位置公式如下：ref为了方便空间矢量调制的分解计算，可从α和β两个方向上对ψ进行分解；sr*ψ=+ψθθcos(Δ)；（8）srefsg*ψ=+ψθθsin(Δ)；（9）