永磁同步电机的直接转矩控制探讨

摘  要：本文分析了直接转矩控制的原理，在此基础上，探讨了其在永磁同步电机控制中的应用。理论分析与仿真表明：该控制方法具有较为优良的动静态性能。

关键词：永磁同步电机(PMSM)  直接转矩控制(DTC)  仿真

Direct Torque Control and Digital Simulation of Permanent Magnet Synchronous Motor

Xi’an University of Technology (710048)  Xu Yanping  ZengGuang

Abstract : Direct Torque Control (DTC) method is analysized and the application of DTC on Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) is discussed. Theory analysis and simulation result prove: the control method has good dynamic and static characteristic.

Key word: Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM)Direct Torque Control(DTC)    Simulation       

1  前  言

永磁同步电机以其结构简单，运行可靠，特别是具有其他电机所无法比拟的高效率而得到人们越来越多的关注，多应用于要求快速转矩响应和高性能运行的场合。以往控制永磁同步电机常采用电流控制方法。

直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后发展起来的一种新型的高性能交流调速技术。它应用空间矢量的分析方法，采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节（Band-Band控制），直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。它省掉了复杂的矢量变换，控制思想新颖，控制结构简单，信号处理的物理概念明确，转矩响应迅速，对转子参数不敏感。

2  永磁同步电机的直接转矩控制

直接转矩控制技术的基本原理就是根据参考转矩与真实转矩、参考定子磁链与真实定子磁链之间的差异直接选择定子电压矢量，从而达到直接控制转矩的目的。

永磁同步电机的直接转矩控制系统的原理框图如图1所示。

2.1  永磁同步电机的数学模型

永磁同步电机在转子dq轴坐标系下的

定子磁链、定子电压和电磁转矩方程如下：

Ψd  = Ld id + Ψf                             （1）

Ψq  = Lqiq                                      （2）

ud  = Rsid + pΨd -ωrΨq                  （3）

uq  = Rsiq + pΨq +ωrΨd             （4）

T  =1.5np(Ψdiq  - Ψqid)                  （5）

式中：Ψf为永磁体磁链，为已知常数；

ωr转子角频率；

 p=d/dt；      np极对数；

2.2  电压矢量

基本电压矢量由下式定义：

    （6）

其中 ， ， 分别是 a、b 、c 三相定子负载绕阻的相电压。

 图3是电压型逆变器的简单示意图，那么 ， ， 的电压则由三个开关Sa，Sb，Sc的状态来决定，这里Sa，Sb，Sc表示同一桥臂上两个开关的状态。若Sa为1，表示 接通Vdc；否则，Sa为0，表示 接通0；对 , 同理。那么共有6个非零矢量V1(100)，V2(110)，V3(010)，V4(011)，V5(001)，V6(101)和2个零矢量V7(000)，V8(111)。这六个非零矢量相互间隔600，如图4 所示。

则星形连接电机的三相输入电压为： 

 （7）

S1、S2、S3 = 1 或 0。

2.3  磁链和转矩的控制

忽略定子电阻，定子磁链与输入电压关系为

=

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