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《永磁同步电机FOC与DTC控制策略原理和仿真的比较_郝晓弘.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第8卷第13期2008年7月科学技术与工程Vol.8No.13July20081671-1819(2008)13-3463-07ScienceTechnologyandEngineering2008Sci.Tech.Engng.永磁同步电机FOC与DTC控制策略原理和仿真的比较＊郝晓弘魏祥林(兰州理工大学电信学院,兰州730050)摘要磁场定向控制(FOC)和直接转矩控制(DTC)作为交流电动机的两种高性能控制策略,在实际中得到了广泛的应用。从永磁同步电机的数学模型出发,对两种控制策略进行了理论分析与推导,证明了两者具
2、有共同理论基础,只是由于在两种控制策略的具体实现方法上,DTC中定子绕组上得到的是离散的电压空间矢量,造成了两者控制性能上的巨大差异。最后将两种策略应用于永磁同步电机(PMSM)的控制,Simulink建模与仿真的结果证明了两者控制性能上的差异。关键词磁场定向控制直接转矩控制永磁同步电机中图法分类号TM341;文献标志码A20世纪70年代,德国西门子公司F.Blaschke作为当前交流电动机的两种高性能的控制策略,最等提出的“感应电机磁场定向的控制原理”和美国初仅用于异步电动机的控制,近几年现已经被扩展P.C.Cust
3、man与A.A.Clark申请的专利“感应电机到同步电动机、永磁同步电动机的控制上。[1—6]定子电压的坐标变换控制”奠定了矢量控制的基众多文献多集中在对这两种控制策略的独础。其主要思想就是通过坐标变换将异步电动机立研究上,而缺少对两者的比较研究。本文在在对等效为一台直流电动机,从而像直流电动机那样进两种策略进行理论分析的基础上,证明了它们之间行快速地转矩和磁链控制,因此矢量控制也被称为存在共同的理论基础和内在联系,并找到了两者性解耦控制或磁场定向控制(Field-OrientedCon-能存在差异的本质原因。然后将两
4、者分别应用于[1]trol)。永磁同步电机(PMSM)的控制,建立了各自的Simu-1985年,德国学者M.Depenbrock首次提出了link仿真模型,仿真结果证明了FOC和DTC两者控直接转矩控制(DirectTorqueControl)理论,随后日制性能上的明显差异。本学者I.Takahashi也提出了类似的控制方案。与矢量控制不同,直接转矩控制摒弃了解耦的思想,1永磁同步电机的数学模型取消了坐标变换,将电动机的磁链和转矩的给定值与实际值进行比较,根据比较结果选择作用到电动假设永磁同步电机具有正弦形反电动势,磁
5、路机上的不同的电压空间矢量,从而实现磁链和转矩线性且不考虑磁路饱和,忽略电机中的涡流损耗和[1]的直接控制。[2]磁滞损耗。磁场定向控制(FOC)与直接转矩控制(DTC)取转子永磁体基波励磁磁场轴线为d轴,q轴°逆时针方向超前d轴90电角度,建立d-q转子坐标2008年3月5日收到第一作者简介:郝晓弘(1960—),教授,博士生导师,研究方向:控制系,d-q轴系随同转子以角频率ωr同步旋转。同理理论与应用、现代电气传动理论与技术、现场总线控制网络。以定子A相绕组的轴线为D轴建立定子D-Q坐＊通信作者简介:魏祥林(197
6、8—),硕士研究生,研究方向:电机控标系。制。E-mail:weixl2008@126.com。永磁同步电机的空间矢量图如图1所示。图13464科学技术与工程8卷中:θr为转子的位置角;β为定子电流矢量is在d-qp—PMSM的磁极对数;坐标系中的相位角;δs为定子磁链矢量ψs在D-Q坐Rs—定子电阻;标系中的相位角;δsm为定子磁链与转子磁链之间的Te—电机电磁转矩;夹角,又称之为负载角。TL—负载转矩。2永磁同步电机FOC与DTC的原理比较2.1FOC的基本原理及系统组成磁场定向控制以电磁转矩和磁链的解耦控制为目标
7、,将定子电流矢量分解为磁链分量id和转矩分量id,因此磁场定向控制系统对转矩的控制就是[3]按照式(5)来实现的。PMSM磁场定向控制系统的结构图如图2所示。对于面装式PMSM,忽略凸极效应,认为Ld=Lq=Ls,则由转矩方程式(5)得:3图1PMSM的矢量图Te=pψfiq(7)2在d-q坐标系下,永磁同步电机的电压方程为:由于p和ψf为常数,电磁转矩只与交轴电流分ud=Rsid+Pψd-ωrψq(1)量iq成正比,而与定子电流的直轴分量(励磁分uq=Rsiq+Pψq+ωrψd(2)量)id无关,实现了转矩和磁链的解
8、耦控制。磁链方程为:2.2DTC的基本原理及系统组成[4,5]ψd=Ldid+ψf(3)从电磁转矩的基本公式:ψq=Lqiq(4)3Te=p(ψs×is)(8)2电磁转矩方程为:3可以推得:Te=pψfiq+Ld-Lqidiq(5)23pψsTe=2ψfLqsinδsm-ψs(Lq-Ld)sin2δsm机械运动方程为:4LdLqd
