永磁直线同步电机直接推力控制系统推力脉动分析与优化

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1、学兔兔www.xuetutu.com永磁直线同步电机直接推力控制系统推力脉动的分析与优化AnalysisandoptimizationofforcerippleontraditionalDTFCsystemforPMLSM王桂荣，张世桃VVANGGui．rong．ZHANGShi．tao(中国计量学院机电工程学院，杭州310018)摘要：针对永磁直线同步电机(PMLSM)的传统直接推力控制(DTFC)系统中推力脉动的问题，推导了PMLSM的推力与电机功角的关系公式，并基于此公式分析了扇区划分方法对电机推力的影响。研究了采样频率和逆变器开关频率的关系对电机推力的影响。提出了一

2、种限制逆变器开关频率的扇区细分的DTFO控制方法。在理论分析的基础上，建立了基于SIMULINK的仿真模型，对传统直接推力控制系统和优化后的直接推力控制系统进行了对比仿真，仿真结果表明该方法有效地减小了DTFC控制系统的推力脉动的幅值。关键词：PMLSM；DTFC；扇区细分；逆变器开关频率；采样频率中图分类号：TP13文献标识码：A文章编号：1009-0134(2016)02-0092-040引言2)忽略反电势的谐波，即假设反电势为正弦波；直接转矩控制由于其控制方式简单、便于实现全3)电机铁芯导磁系数无穷大，忽略磁路饱和、涡数字化控制、转矩响应快而得到了广泛关注n】。直接推

3、流和磁滞损耗；力控制(DTFC)则是在直接转矩控制(DTC)的基础4)忽略动子及永磁体的阻尼；上发展起来的一种专门用于直线电机的控制方法。文5)电机无凸极性。献[2，3]指出，在感应电机与永磁同步电机的DTC控制系基于以上假设可得PMLSM在d．q坐标系中的电压方统中，均会出现电压矢量对转矩的影响与期望不符的情程为：况，从而造成不合理的转矩脉动。文献【5，6，8]提出了在异步电机的DTC控制系统中采用扇区细分的方法，但除[]=[+0pp]．[之]+xv[-g"q]c-了少量文章分析了其对称性原因外，其他文章并未做原磁链方程为：因分析，未能指出扇区划分方法对转矩的影响。针对以

4、上两个问题，本文推导了PMLSM的电磁推力与电机功[d]+](2)角的关系，分析了直线电机中电压矢量对推力的影响，并从推力与功角关系的角度分析了扇区划分方法对电机推力方程为：推力的影响。研究了在DTFC控制系统中，变化的开关=n(3)频率对推力脉动的影响，指出了对逆变器的开关频率加以限制必要性。提出了一种限制逆变器开关频率的扇区式中，U、Uq分别为d、q轴电压；i、i。分别为d、q细分的新型DTFC控制方法。仿真结果表明，该方法有轴电流：L、L分别为d、q轴电感；1lr、1lrq分别为d、效减小了PMLSM的推力脉动。q轴定子磁链；1lr为永磁体磁链；F。为电机推力；R为相

5、电阻；p为微分算子；v为电机运行速度；为极距；1PMLSM电磁推力与电机功角关系的推导n为磁极对数。为简化推导过程，作如下假设：由于扇区细分法的主要变量为电机功角，为了便于1)初级三相绕组采用Y型连接，且各项绕组的匝分析，本文对以上公式作如下变换，以期得到电机推力数、电阻值均相等；与功角的直接关系。收稿日期：2015-10-23基金项目：国家自然科学项目基金(61203113)；浙江省自然科学基金(LY15F030012)作者简介：王桂荣(1975一)，女，浙江杭州人，副教授，博士，主要从事嵌入式系统的开发与应用研究。【92】第38卷第2期2016—02学兔兔www.xue

6、tutu.com学兔兔www.xuetutu.com下降的，即推力只在I兀_，l之间是增加的，而在I，_2n_lL32JL。jl鲁，等1，正弦函数在这些区间内的单调性均固定，即推LJ之间是减小的，这与我们假定的情况相矛盾。即当我们力关于功角在这些区间内的单调性固定，确保了推力的需要推力增加(或减小)的时候，实际推力却在减小实际变化方向和指令期望的变化方向相一致。(或增加)，这导致了不能及时调整推力大小，增加了3采样频率与逆变器的开关频率的关系对推力脉动。电机推力的影响及优化方法为解决该问题，本文将扇区进一步细分，缩小了传统DTFC控制系统中，磁链误差和推力误差经6’的变化范

7、围，以确保推力单调性在该扇区中始终保Bang—Bang控制器控制逆变器的开关状态。~Bang—Bang持一致。细分后的扇区及电压矢量选择表分别如图2和控制器采样到推力误差状态改变时，根据设定改变其输表2所示。表2(图2)中U’、U2’、U3’、U’、U5’、U6’分出状态，选择不同的电压矢量，经PWM变换后控制逆别由与其相邻的两基本电压矢量合成得到，即U’由U变器开关状态的切换】。在该过程中采样和改变逆变器和U合成，U’EhU：和U合成，依此类推。其他变量的开关状态并不一定同时完成，如图3所示。图中T、T、意义同表