电动机控制策略仿真：直接转矩控制仿真_（7）.直接转矩控制算法设计.docxVIP

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直接转矩控制算法设计

在上一节中，我们详细介绍了直接转矩控制（DirectTorqueControl,DTC）的基本概念和工作原理。本节将深入探讨直接转矩控制算法的设计方法，包括定子磁链和转矩的估算、开关表的选择、以及控制策略的具体实现。

定子磁链和转矩的估算

直接转矩控制的核心在于实时估算电动机的定子磁链和转矩，并根据这些估算值进行控制。定子磁链的估算可以通过以下公式进行：

ψ

其中，ψsd和

ψ

ψ

其中，Lr为转子自感，ird和irq为转子电流的d轴和q轴分量，ψ

定子磁链的估算方法

定子磁链的估算可以通过积分法和观测器法实现。积分法直接利用电压和电流的测量值进行积分计算，而观测器法则通过状态反馈和状态估计实现。

积分法

积分法的基本原理是利用定子电压和电流的关系进行磁链的积分计算。具体公式如下：

ψ

ψ

其中，Ts为采样时间，vsd和vsq为定子电压的d轴和q轴分量，Rs

观测器法

观测器法通过设计磁链观测器来估计定子磁链。常见的磁链观测器有卡尔曼滤波器和滑模观测器。以下是一个简单的滑模观测器的设计示例：

ψ

ψ

其中，ψsd和ψsq为定子磁链的估计值，

转矩的估算方法

电动机的转矩可以通过定子磁链和转子磁链的关系进行估算。具体公式如下：

T

其中，p为电动机的极对数。

开关表的选择

在直接转矩控制中，开关表的选择是关键步骤之一。开关表决定了逆变器的开关状态，从而影响电动机的磁链和转矩。常用的开关表有6状态和8状态开关表。

6状态开关表

6状态开关表适用于三相逆变器，通过选择6种不同的电压矢量来控制电动机。6状态开关表如下表所示：

磁链变化

转矩变化

选择的电压矢量

+

+

V1

+

-

V2

-

+

V3

-

-

V4

-

0

V5

+

0

V6

8状态开关表

8状态开关表适用于三相逆变器，通过选择8种不同的电压矢量来控制电动机。8状态开关表如下表所示：

磁链变化

转矩变化

选择的电压矢量

+

+

V1

+

-

V2

-

+

V3

-

-

V4

-

0

V5

+

0

V6

0

+

V7

0

-

V8

控制策略的具体实现

直接转矩控制的实现包括磁链和转矩的误差计算、开关表的选择和逆变器的控制。以下是一个基于Matlab/Simulink的直接转矩控制仿真示例。

磁链和转矩的误差计算

磁链和转矩的误差计算公式如下：

Δ

Δ

其中，ψs*和Te*分别为定子磁链和转矩的参考值，ψ

开关表的选择

根据磁链和转矩的误差，选择合适的电压矢量。以下是一个开关表选择的Matlab函数示例：

functionV=choose_volt_vector(Delta_Psi,Delta_Te)

%选择电压矢量

%Delta_Psi:磁链误差

%Delta_Te:转矩误差

%V:选择的电压矢量

%磁链和转矩误差的量化

ifDelta_Psi=0

ifDelta_Te=0

V=1;%V1

else

V=2;%V2

end

else

ifDelta_Te=0

V=3;%V3

else

V=4;%V4

end

end

end

逆变器的控制

选择合适的电压矢量后，逆变器的控制通过生成相应的PWM信号实现。以下是一个逆变器控制的Matlab/Simulink模型示例：

%逆变器控制模型

model=DTC_Inverter_Control;

open_system(model);

set_param(model,SimulationCommand,Update);

set_param(model,SimulationCommand,Start);

%定义参数

Rs=0.5;%定子电阻(Ω)

Ls=0.02;%定子电感(H)

Lr=0.01;%转子电感(H)

Rr=0.3;%转子电阻(Ω)

p=2;%极对数

Ts=1e-4;%采样时间(s)

%初始化状态

psi_sd=0;%d轴定子磁链(Wb)

psi_sq=0;%q轴定子磁链(Wb)

i_sd=0;%d轴定子电流(A)

i_sq=0;%q轴定子电流(A)

v_sd=0;%d轴定子电压(V)

v_sq=0;%q轴定子电压(V)

%参考值

psi_s_ref=1.5;%定子磁链