三相永磁同步电机直接转矩控制技术研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第2期(总第195期)机械工程与自动化No．22016年4月MECHANICAIENGINEERING&AUTOMAT10NApr．文章编号：1672—6413(2016)02—0192—03三相永磁同步电机直接转矩控制技术研究郭强，李强(中北大学机电工程学院，山西太原030051)摘要：电动机控制的核心是实现对其电磁转矩的控制，其控制方法有矢量控制和直接转矩控制等，相比矢量控制而言，直接转矩控制省去了磁场定向、矢量变换和电流控制等复杂环节，具有优良的动静态性能。介绍了直接转矩控制技术的原理，并在MATLA

2、B／Simulink中建立了三相永磁同步电机的直接转矩控制模型，通过对模型仿真结果的分析，可以看到直接转矩控制具有良好的转矩控制效果和快速响应能力。关键词：永磁同步电机；直接转矩控制；研究中图分类号：TM351文献标识码：A0引言果，假如将电磁转矩看成是转子磁场，和定子磁场直接转矩控制(DTC)法于2O世纪8O年代中期由相互作用的结果，则电磁转矩可以表示为：德国人提出，直接转矩控制系统具有结构简单、转矩动一。圭，×．(1)态响应快、调速性能优良等优点，并在电机控制中取得了快速的发展，尤其是在永磁同步电机(PMSM)中的其中：P。为极对数；L为

3、定子电感。发展更体现出直接转矩控制诸多的优良特性，比如功由式(1)可得：率因素更高、更节省电能、启动转矩与最大转矩倍数更T=：=。n．(2)大等，所以对永磁同步电机直接转矩控制技术的研究具有非常重要的实际意义l】]。式(2)中，转子磁链矢量幅值不变，控制定子1直接转矩控制原理磁链矢量的幅值不变，就可以通过控制负载角以面装式永磁同步电机为例来说明直接转矩控制来控制电磁转矩，这就是PMSM直接转矩控制的基本原理。在面装式PMSM中，存在着3个磁场：①永磁原理。体产生的励磁磁场，称为转子磁场，；②定子电流i2基于电压模型的磁链和转矩估计产生的电枢磁

4、场Li；③由转子磁场和电枢磁场合成2．1滞环比较控制的定子磁场。图1为面装式PMSM中的定子电流由直接转矩控制原理可知，直接转矩控制以定子和磁链矢量图。磁链和负载角作为控制变量，这两个变量的控制可以L‘，通过滞环比较器来实现。滞环比较器的原理是通过选择合理的开关电压矢量来控制逆变器逆变桥的开关，从而通过控制定子电压来控制电磁转矩。滞环比较器和电压源逆变器相当于一个高增量的P调节器，能够使得实际电流快速跟踪参考电流，消除电流跟踪过程中的延迟和滞后[2]。图2为定子磁链矢量运行轨迹的控制图。图1面装式PMSM的定于电流和磁链矢量图图2中，、t／．

5、2、、U、U55、U6为空间6个平均分图1中，D(A)一Q为两相静止轴系，d—q为两相布的电压矢量，1、2、3、4、5、6为6个电压矢量对应的旋转轴系，为D(A)～Q轴系与d—q轴系的夹角，扇区，在每个扇区中可以选择合适的开关电压矢量来为定子磁场，，和为在d—q轴系中d轴控制定子磁链的幅值和旋转速度]。例如，当定和q轴的分量，i为定子电流，i和为i在d—q轴子磁链矢量处于区间1时，在G2点Il达到了磁系中d轴和q轴的分量，r为负载角，为空间相位链滞环比较器的下限值，可以选择Uz或‰来增加1I；在G点lI达到了磁链滞环比较器的上限值，可以角，口

6、为定子电流i和d轴的夹角。电磁转矩的生成本质上是两个磁场相互作用的结选择‰或U来减小Il。表1为开关电压矢量选择收稿Et期：2015—04—28；修订日期：2016—02—02作者简介：韩强(1991一)，男，山西晋城人，在读硕士研究生，主要从事兵器发射理论与技术的研究。学兔兔www.xuetutu.com2016年第2期郭强，等；三相永磁同步电机直接转矩控制技术研究·193·表，其中的△和△T为控制变量，其值由磁链和滞环即有：比较器得出；Agt=1表示应使定子磁链矢量增加，r：I(‰一Ri)dt．(3)△一一1表示应使定子磁链矢量减小；AT

7、=1表示应使电磁转矩增加，AT=一1表示应使电磁转其中：为定子电压；R为定子电阻；i为定子电流。矩减小。定子磁链矢量的幅值和空间相位角P由其在D—Q坐标系中的两个分量。和。来估计，计算公式如下，即：rD—l(UD—RiD)dt．(4)√r=I(“Q—RiQ)dt．(5)J4f，f一~／，蛇+娥．(6)P=arcsin·(7)其中：o、“。为定子电压在两相静止D—Q轴系中的D轴与Q轴电压分量；i。、Q为定子电流在两相静止图2定子磁链矢量运行轨迹控制图D—Q轴系中的D轴与Q轴电流分量。表1开关电压矢量选择表电磁转矩估计式为：△△丁123456Te

8、—P0(DiQ一,／~QiD)．(8)1Us2““4U5Uj6Us1其中：和。由式(4)、式(5)求得，i。、iQ为实测值。l—1Us6U1“2“3“甜53控制系统