转矩控制系统的仿真研究'

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1、重I麦尢学学报(自热科学版)l-22JⅡm【d0蚺IlUrkiversity(Namea]SciesceEdition)Sep1999文章编号：lIxM)582xc1999)05—0021—06圆形磁链轨迹异步机直接2期转矩控制系统的仿真研究’丁＼林景栋，乔博，印勇，何耀三—————蔼庆军—百’化学院，重庆400【1)摘要：分析了直接转矩控制的原理，提出了反转工作电压曲概念和在线选取电压空间矢量的方法，钎对转速闭环控制提出了飘模状态辨识跟随逼近式控制能可与直流传动系统相媲美，但由于异步机各物理量之间的强耦合性以及磁链瞬时幅值与其相位的求取等核心问题一直未能得到

2、很好的解决，限制了，矢量控制技术的研究和应用。作为继矢量控制之后交流传动控制理论的又一次飞跃的直接转矩控制(uIc)，抓住_『异步机高性能传动的关键在于瞬时转矩的控制，将转矩直接作为被控量，对转矩实行直接控制，使直接转矩控制的异步机调速系统具有较好的动静态性能；此外，直接转矩控制减少厂矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题，使其成为近年来国内外交流传动领域的热门话题。笔者通过对直接转矩控制原理及控制系统的详细分析，得出了6个工作电压空间矢量对异步机定子磁链和电磁转矩的作用情况，并针对转速闭环直接转矩控制系统给出了仿真实验结果。1直接转矩控制原理1．1异步

3、电动机在定子静止坐标系上的矢量方程异步电动机在定子静止坐标系(即、口坐标系)上的矢量方程为U=十p(1)o=+p一M(2)=L+Ln(3)=L+Ln(4)·收稿日期：1998．07．1O作者简介：林景栋(1966-)，男，福建宁德人。重庆大学博士生。主要研究方向：计算机集成制造系统。重庆大学学报(自然科学版)l9年=×)=，(×)【5)式中——分别为定子、转子电阻，k——定子与转子绕组问的互感，L、L——分别为定子、转子绕组的自感，——转子旋转电气角速度，，——电机极对数。1．2逆变器的电压状态及电压空间矢量180。导通电压型逆变器一异步电动机系统中，由于逆变

4、器的开关状态只有8种，通过分析可知逆变器输出7种不同的电压，这7种电压被分为两类，即工作电压状态和零电压状态，它们的空问位置如图1所示。6个工作电压矢量幅值相等，相位依次相差6O，将圆等分为5个扇区，而零矢量位于圆心。1．3电压空间矢量对定子磁链的影响电压型逆变器一异步电动机系统中，逆变器的输图1逆变器的电压空间矢量出电压(t)即为异步电动机的定子电压，由式(2)变换可得：(t)=l(Ⅱ(t)一(t)n)dt(6)若忽略定子电阻压降的影响，则定子磁链空间矢量(t)顶点的运动方向与(t)的方向相唰，在适当的时刻依次给出定子电压空间矢量一【．3一u5一，则()顶点

5、的运动轨迹依次沿着边S—S—SS—S运动，形成正六边形磁链。在正六边形的每个扇区中，与磁链轨迹运动方向相同的工作电压矢量称为该扇区的主矢量，而当逆变器加到定子上的电压矢量是零矢量时，(t)将静止不动。因而通过电压矢量的选取可以实现磁链轨迹为圆形。1．4电压空问矢量对电磁转矩的影响T由式(5)推导可得：t=××sin(7)h“一式中8～定子磁链与转子磁链之间的夹角，即磁通角。在实际运行中，为充分利用电动机，定子磁链幅值保持在额定值容许的偏差范围内；转子磁链幅值则由负载决定。因此通过改变磁通角0即可实现异步电动机电磁转矩的改变。由于主矢量使定子磁链空问矢量旋转，而

6、零矢量使定子磁链静止不动，因此，通过控黼主矢量和零矢量的交替使用，使定子磁链走走停停，改变定子磁链旋转的平均速度，就可以改变电磁转矩的大小。2直接转矩控制系统基于直接转矩控胡原理，组成直接转矩控制系统框图，如图2所示。该系统包括三个控制环节，即磁链控制环节、转矩控制环节和转速闭环控制环节该系统要具有较好的动静态性能，关键在于电压矢量的选取。2．1电压矢量的选取通过在线选取电压矢量，可解决磁链轨迹的畸变同题，并可获取期望的圆形磁链轨迹，提高系统对转矩控制的快速性和抗扰动能力。如图3所示，设磁链运动方向为逆时针，磁链第'上卷第5期林荣栋等：回形触链轨迹异步机直接转

7、矩控制系统的仿真研宄23圈2直接转矩控制系统框图顶点位于扇区I．图中粗线箭头对应为6个工作电压矢量方向，因为与磁链运动方向相同，故定义其为所在扇区的0。电压，lb超前u60和120，故称lb为该扇区的+60电压矢量和+120。电压矢量，同理，滞后60，滞后120，与u反向，分别称为该扇区的一60。电压，一120电压和1鲫。电压。不同扇区．都有自己的0电压、+60。电压、+120电压、一加电压、一120电压和180电压。显然，各电压作用不同。图3六边形磁链轨迹的作用是使磁链幅值增大，使磁通角0增大．从而使转矩增大。这一作用的强弱与磁链矢量的空间角有关。随角的增加

8、，对的增大作用增强而对角0的增大作用减