永磁同步电机直接转矩控制(svpwm).docVIP

三相永磁同步电动机直接转矩控制技术及仿真研究 1引言 随着社会实际生产要求的不断提高，现代电机控制技术也不断得以升级。继矢量控制之后，1986年日本I.TakhaShi和德国M.Depenbrock分别提出了直接转矩控制技术。直接转矩控制(Direct Torque Control，DTC)是基于定子磁场定向和电压空间矢量分析的方法，根据转矩偏差、磁链偏差及定子磁链的空间位置，选择合适的电压矢量。这项技术的问世，以其新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能等优点受到普遍关注并被广泛研究。常规的DTC方案其实是一种Bang—Bang控制方法：针对定子磁链幅值和转矩偏差以及磁链的空间位置， 在一个控制周期内，选择和发出单一空间电压矢量，这个电压矢量要同时控制磁链和转矩的误差方向，而忽略了转矩和磁链误差大小，从而经常造成转矩和磁链脉动，不能达到期望的最佳控制效果。减小滞环容差可以减小脉动，但又会导致逆变器的开关频率增大，开关损耗随之增加；矢量细分法改善了磁链轨迹，但结构相对复杂。矢量调制 (Space Voltage Vector Modulation)是在一个控制周期内，通过相邻电压矢量和零矢量合成得到所需的任意电压矢量，实现电压矢量的连续可调。 本文在分析了直接转矩控制原理(DTC)和空间电压矢量脉宽调制技术(SVPWM)的基础上，做了基于磁链空间电压矢量脉宽调制技术的永磁同步电机直接转矩控制技术的仿真。 1直接转矩控制原理 永磁同步电机在转子坐标系下的数学模型： (1) (2) （3） 式中： ——定子电压、电流、电感在轴上的分量； ——励磁磁链和定子磁链； ——电磁转矩、转子极对数和微分算子； ——负载角； 式(2)表明，电机参数确定后，在实际运行中，永磁同步电机转子上励磁磁场的磁链幅值一般为恒值，为保证充分利用电动机铁心，通常要使定子磁链的幅值为额定值，这样就可以直接通过控制负载角的大小来控制电磁转矩的大小，这就是DTC的核心思想。在电机运行过程中，如何保证定子磁链幅值始终为额定值，这也是DTC技术集中解决的问题。常规的DTC就是采用两个滞环比较器得到磁链和转矩控制指令，再结合磁链位置以及开关状态表查得所要求的逆变器开关指令，进而得到所需要的空间电压矢量作用于磁链和转矩，对二者进行实时调节，保证其在所给定的范围内变化，从而获得近似圆形磁链轨迹和精确的转矩。 2电压空间矢量脉宽调制 针对永磁同步电机直接转矩、控制系统转矩和定子磁链的脉动问题，设计了基于电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）策略的永磁同步电机直接转矩控制。在每个控制周期内，计算出参考磁链和所估计磁链的偏差，选择相邻非零矢量和零矢量，并精确地计算出各自作用时间，然后利用线性组合法将其合成新的电压矢量。早期提出的SVPWM技术应用于异步电动机的直接转矩控制驱动系统中，其主要思想是把逆变器和电机视为一个整体，针对不同的电压空间矢量和相应不同的作用时间，采用线性组合的方法将其合成所需要相位的磁链增量，进而可以很好地跟踪定子磁链，使其形成近似圆形的磁场。电压空间矢量合成原理如图1所示，为相邻电压矢量；为其作用时间；为采样周期；为期望电压空间矢量。 图1 电压空间矢量的线性组合 由图1可以看出： （4） 用相电压表示合成电压空间矢量得到： （5） 式中，。 由相电压与线电压关系： 代入式（5）并化简后，可得： （6） 如图2所示，根据各功率开关处于不同状态线电压可分别取为、或，当开关状态为100(上桥臂器件导通用数字“1”表示，下桥臂器件导通用数字“0”表示)时，输出线电压，，则合成电压。当开关状态为110时，，，则合成压 。 图2 三相逆变器原理图 依次类推，同样可以求出的表达式。代入（5），得： （7） 比较式(4)和式(7)，令实数项和虚数项分别相等，则： 从而解出和，得各空间矢量所占时间的分别为： 采样周期应由旋转磁场所需的频率决定，与未必相等，其间隙时间可用零矢量或填补。为减少功率开关器件的开关次数，一般使和各占一半时间，即： 3 基于SVPWM的永磁同步电机直接转矩控制系统 在定子坐标系