转矩优先控制的永磁同步电机DTC方法
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针对永磁同步电机SVM-DTC方法中参考电压矢量不易于获取的问题，提出了一种基于转矩优先控制的SVM-DTC方法。根据转矩优先控制的原则，在拓展的电压矢量表中选择能够快速改变转矩的电压矢量，然后结合实际转矩与目标转矩的差值，确定参考电压矢量的作用时间。方法结构简单，易于实现，既保持了传统直接转矩控制的快速性和较强的鲁棒性，又拥有SVM-DTC中转矩脉动小和功率器件开关频率固定的优点。通过MATLAB/SIMULINK搭建系统模型，仿真结果可以证明方法的有效性。 0 引言 永磁同步电机的直接转矩控制方法控制结构简单、响应快速并且对电机参数依赖小，因此受到广泛关注和应用。永磁同步电机传统DTC方法中，采用6扇区划分的方法，使用6个基本的电压矢量控制电磁转矩和定子磁链，转矩脉动很大，并且逆变器的开关频率也不恒定，使其性能恶化[1-2]。因此一些新的思想便不断产生。 本文是在前人研究的基础上，意图保持快速响应、鲁棒性好和无需定子磁链准确位置的优点的前提下，尽可能最大限度地改善转矩脉动大的问题。因此本文研究了一种在30°区间划分中，以转矩优先控制，定子磁链赋值控制为辅助，直接选定参考电压矢量所在扇区，并由转矩参考值与实际值之差实时地决定所在扇区两相邻矢量在SVPWM方法中各自的作用时间的直接转矩控制方法。方法具有快速响应、转矩脉动小、功率器件开关频率相对固定并且不依赖于电机参数的特点。 1 永磁同步电机SVM-DTC 1.1 永磁同步电机转矩 在永磁同步电机的控制方法中存在几种坐标系，通过不同坐标系之间的关系可以很清晰地理解转矩的公式。不同坐标系之间的关系如图1所示。 表贴式永磁同步电机的转矩公式为： 在转矩公式中，只有定子磁链幅值与转矩角为变化量，通过固定定子磁链幅值，直接改变转矩角来快速改变电机的转矩。 1.2 电压矢量 永磁同步电机的直接转矩控制系统中多采用三相两电平的逆变器拓扑结构，abc三个桥壁的开关组合构成了基础的8个电压矢量。除了两个零矢量U0和U7外，剩余6个电压矢量(U1～U6)幅值相等，方向依次相隔60°，如图2所示。 根据定子磁链所在扇区和转矩磁链变化情况从基本电压矢量中挑选一个最合适的电压矢量实施，来有目的的改变转矩和定子磁链幅值。 1.3 电压矢量对转矩的影响 永磁同步电机的电压方程为： 由式(3)可知，电压矢量以及采样周期决定了定子磁链的变化。再结合转矩式(1)可知，合适的电压矢量能够有效控制转矩的变化。 由于基础电压矢量只有8个，因此就会稳态下产生较大的转矩脉动。要想改善转矩和磁链脉动，就要优化电压矢量，使得任何时刻都可以根据需求获得最优的电压矢量。 1.4 SVM-DTC方法 要优化电压矢量，获取任意的电压矢量，就要依靠空间电压矢量调制技术。基本电压矢量数量虽然有限，但是结合SVPWM算法就可以通过相邻两个电压矢量组合，合成任意需要的电压矢量。SVM-DTC就是通过这种方法生成最适合的参考电压矢量来较好的维持定子磁链赋值和改变转矩。SVM-DTC方法的核心就是准确的获得参考电压矢量。 2 转矩优先控制的SVM-DTC方法 传统SVM-DTC力图得到最优的电压矢量，而计算电压矢量是比较复杂的，虽然已经有很多种较好的获取参考电压矢量的方法，但是复杂的结构和对电机准确参数的依赖始终违背了直接转矩控制的结构简单、响应快速和鲁棒性强的特点。 根据以上分析，通过扇区细分，以转矩优先控制和尽量维持定子磁链幅值恒定为准则选择合适的电压矢量，并结合SVPWM来实施，能够有效解决上述问题。 2.1 十二扇区划分 本文提出的方法是以转矩的快速跟踪为前提的，因此，根据式(1)和式(3)可知，当固定定子磁链赋值后，超前或滞后于定子磁链角度90°电角度的电压矢量是可以最快速度改变转矩的电压矢量。基于不依赖准确位置信息和电机参数的前提，所提出方法中在90°范围内，允许一定的容差，同时，利用电压矢量角度偏差来补偿设定定子磁链幅值与实际定子磁链幅值的差值。 本文偏差角设定为30°。因此参考电压矢量的位置就在定子磁链的90°±30°和-90°±30°电角度范围内，这样配合30°的扇区划分，就使得电压矢量的选取变得一目了然。如图3所示，采用30°扇区的划分，扇区标号为S0到S11。U0到U11为本文方法中的基础电压矢量。 2.2 参考电压矢量的选取 |
