基于自抗扰控制PMSM电压空间矢量调制直接转矩控制方法

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1、国第203111卷年第1111月期电力自动化设备VolI31No．11ElectricPowerAutomationEquipmentNOV．201l基于自抗扰控制PMSM电压空问矢量调制直接转矩控制方法刘英培(华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定071003)摘要：针对PID调节器的不足及传统直接转矩控制转矩和磁链脉动大、开关频率不恒定等问题，提出基于自抗扰控制器(ADRC)永磁同步电机电压空间矢量调制(SVM)直接转矩控制方法。以给定转速和实际转速作为输入信号，给定电磁转矩作为输出信号，设计了ADRC速度调节器

2、，提高系统的抗干扰能力。在此基础上，详细分析了SVM的实现方式，实现对转矩和磁链偏差的精确补偿，降低转矩和磁链脉动，并保证逆变器开关频率恒定仿真和实验结果验证了方法的可行性和有效性。关键词：自抗扰控制；空间矢量调制；直接转矩控制；永磁同步电机；速度调节器；转矩；开关频率中图分类号：TM301．2文献标识码：A文章编号：1006—6047(2011)11—0078—050引言．直接转矩控制(DTC)具有快速的转矩响应和良好的动态性能．被广泛关注并取得了一定的研究成果I1_123。永磁同步电动机(PMSM)具有多变量、强非

3、线性和强耦合的特点，要实现高性能控制，必须克服不确定因素和非线性因素对系统性能造成图1ADRC原理图的影响。传统DTC中．速度环采用PID调节器Fig．1SchematicdiagramofADRCPID调节器具有结构简单、稳定性好等优点．但参数鲁棒性较差。在调速范围要求很宽的情况下．无法实时估计的被控对象所受扰动信号；e一，e分别为一，与一，相应的误差信号；／Zo(￡)为经过同时满足响应速度快和稳态精度高的要求滞环比较器的采用是造成磁链和转矩脉动大的主要原NLSEF得到的被控对象初始控制信号；(t)为补偿因之一，也导

4、致逆变器开关频率不恒定实时扰动后的最终控制信号；b为补偿因子。本文提出了一种基于自抗扰控制fADRC)表面考虑一阶系统：式永磁同步电机(SPMSM)电压空间矢量调制(SVM)f厂(，t)+bu⋯DTC．设计了基于ADRC的速度调节器．克服了传ly=x统PID调节器的不足．很大程度上降低了电机参数TD数学模型为变化和负载扰动对系统的影响同时．为了进一{【lf2、步降低转矩和磁链脉动．将SVM策略引入PMSM1=_(l，r，)一DTC系统中．并确保了功率器件开关频率恒定其中，为的跟踪信号，r为跟踪速度因子，为采样周期，(。

5、，r，)定义如下：1基于ADRC的速度调节器设计．fd=rT，do=dTADRC由跟踪一微分器(TD)、扩张状态观测器fy-Vl，ao=x／d+8rfYl(ESO)和非线性状态误差反馈控制率(NLSEF)三部(3)分组成_13。s-对于n阶被控对象．ADRC原理如图1所示。f，fra／df口I≤d图1中，(t)为输入信号；V为TD提取的(t)一1rsgn(a)iai>d的过渡过程为／3(￡)经过TD所得的／,一1阶微分一阶系统式(1)的ESO数学模型为信号：Y(t)为被控对象的输出信号；⋯，分别为jez1一YESO实时

6、估计的被控对象的状态变量；z为ESO{1=Z2一卢01(e，OL1，)+bu(4)收稿日期：2011—03—03；修回日期：2011—08—12【2=一02(e，z，6)基金项目：中央高校基本科研业务费专项基金资助(11QG57)其中为Y的跟踪信号；为扰动估计值；OL、为ProjectsupportedbytheFundamentalResearchFundsfortheCentralUniversities(11QG57)非线性因子；为滤波因子；／30。为系数；(，，)笪塑茎!兰三皇苎丝!皇量塑直接转矩控制方法囝为非

7、线性函数．其表达式为的分量，I『为给定定子磁链幅值，为定子磁链角。Isgn(e)1ef>8根据当前估算出的定子磁链矢量大小．得到定子，1f81一f。I≤、(5)磁链矢量大小偏差为NLSEF数学模型如下：二le1=1一z1其中，、分别为估算的定子磁链矢量在O／一坐{uo=131f~(e1，OL3，81)(6)标系的分量。【M=o一2／b给定系统采样周期71，结合式(14)，得到SVM当其中，。为滤波因子；OL，为非线性因子。前所需的预期电压矢量及其分量大小、：SPMSM运动方程为{jG=Ri+(=一(7)I％．(15)=

8、R+其中，．，为电机转动惯量，为负载转矩，为电磁转矩，B为摩擦系数，为电机转速，Ⅳp为电机极对数。其中，、分别为定子电流在一卢坐标系的分量，由式(7)可得：为定子电阻d=竽I，一竽．，一丁Bl~，．or(、8){(Il=、／+(16)=arctan(／)基于ADRC原理，可以将TL、B、J等对速度的影响其中，为参考电压矢量位置角。