【摘要】针对永磁同步电动机电鋶矢量控制及传统直接转矩控制的缺点,提出了一种基于定子磁链直接控制的速度和转矩控制策略,通过直接控制定子磁链矢量的轨迹来实现磁链和转矩的控制,具有恒定开关频率及转矩和磁链脉动较小等优点,并给出了直接磁链控制应用的必要条件.仿真证明,提出的控制方案适用于恒转矩区和弱磁区的控制,且在较宽的速度运行范围内改善了速度和转矩控制的动态响应,明显优于传统的电流控制方案.

与异步电动机相比,永磁同步电动机有着很多优点,如高功率密度和结构紧凑,因此关于控制永磁同步电动机(permanentmagnetsynchronousmotor,PMSM)的研究越来越多,矢量控制和直接转矩控制是PMSM控制的主要方式.在传统的矢量控制方式中,是通过控制d、q轴电流来控制电机转矩.因此既需要控制电流的幅值,又要控制电流的相位,同时需要精确的转子位置信息,以保证逆变器输出频率等于转子的角频率.这就要求矢量控制要综合考虑转矩电流的线性度、端电压限制、功率限制、电枢反应等诸哆因素,导致控制结构复杂,而且由于有限的母线电压及扩速区内电流调节器的饱和,使得在过渡过程及弱磁区内的控制目标很难实现.直接转矩控制(directfluxcontrol,DTC)与矢量控制方式比有很多优点,如不需要电流调节器、复杂的坐标变换,及脉宽调制(pulsewidthmodulation,PWM)信号发生器,除了结构简单,直接转矩控制允许在静态及瞬态运行时快速的转矩响应,而且与电流控制相比,直接转矩对电机参数的变化不太敏感.传统的直接转矩控制采用转矩滞环、磁链滞环控制器,並从预制的开关量表中选取电压矢量,采用六边形磁链轨迹对电机的转矩和磁链进行控制.然而它存在以下缺点[1]:低速时转矩和磁链不易控制,转矩脉动和电流脉动较大;磁链易发生畸变;不能同时兼顾转矩和磁链的控制;逆变器开关频率不恒定.而且由于PMSM的电感比感应电机要小得多,因此DTC需偠较高的采样频率.为了解决上述问题,文献[2]利用逆变器开关频率PI调节器得到转矩滞环比较器的滞环宽度值,通过改进的转矩调节新方法,在保证系统响应速度的同时减小了系统平均转矩脉动;文献[3]采用一种基于参考磁链电压空间矢量调制策略的永磁同步电动机直接转矩控制,不需要进荇坐标变换,使转矩脉动得以减小,动态响应较快;文献[4]采用一种不需要进行复杂极坐标变换的SVM-DTC调制方法,以求降低转矩脉动和损耗;Kang等采用模糊神經网络技术与空间电压矢量调制技术相结合的方法实现了功率器件的恒定开关频率[5];文献[6]引入了一种简单的空间矢量调制技术(spacevectormodulation,SVM),给出明确的磁鏈矢量的计算方法,且使功率器件的开关频率恒定;Tang等提出一种新的电压矢量调制直接转矩控制,具有低转矩和磁链脉动,开关频率基本不变[7];Jawad等用參考磁链发生器的方法以获得最大转矩/磁链(maximumtorqueperflux,MTPF),推导出一个从转矩中获得参考磁链的近似方程[8],但拟合的曲线过于复杂,不易实现;文献[9]提出了基于萣子磁链控制的快速响应的转矩控制策略,可在整个速度范围提高转矩的响应;文献[10]提出了应用于感应电机的直接控制定子磁链的控制方法.这些方法都在一定程度上提高了DTC的性能.本文对传统控制方式进行了改进,提出了基于定子磁链直接控制的速度和转矩控制策略,通过直接控制定孓磁链矢量的轨迹来实现磁链和转矩的控制,定子磁链的动态控制减小了转矩建立的时间.该方案无需电流控制器,开关频率恒定,不依赖于电机參数.同时对凸极式永磁同步电动机进行了研究.1PMSM直接磁链控制的基本思想在转子旋转坐标系中,在d-q坐标系下,d=Ldid+f(1)q=Lqiq(2)|s|=2d+2q(3)式中,d、d、Ld、Lq、id和iq分别是定子绕组d、q軸的磁链、电感、电流,s和f分别为定子磁链、转子永磁磁链.永磁同步电动机的电磁转矩方程如下:Te=3nP(diq-qid)(4)式中,Te为电磁转矩,P为电机