一種改進(jìn)的異步電機(jī)DTC _ SVM 控制系統(tǒng)研究

羅小麗，范桂林

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一種改進(jìn)的異步電機(jī)DTC _ SVM 控制系統(tǒng)研究

羅小麗，范桂林

（湖北工程學(xué)院 物理與電子信息工程學(xué)院，湖北 孝感 432100）

考慮到傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)在低速時存在的磁鏈波形畸變和轉(zhuǎn)矩脈動問題，研究了一種改進(jìn)的DTC_SVM控制策略，將傳統(tǒng)的非零空間電壓矢量進(jìn)一步細(xì)分，并推導(dǎo)了任意空間電壓矢量合成方法，給出了基于矢量細(xì)分的DTC_SVM控制系統(tǒng)模型。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)能提高轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制精度，同時有效降低轉(zhuǎn)矩低速脈動，提高系統(tǒng)低速運(yùn)行穩(wěn)定性。

矢量細(xì)分 SVM 異步電機(jī) 直接轉(zhuǎn)矩控制

0 引言

直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在很大程度上解決了矢量控制系統(tǒng)中存在的計(jì)算控制復(fù)雜，系統(tǒng)特性易受電動機(jī)參數(shù)變化影響的缺點(diǎn)，具有使用電動機(jī)參數(shù)少、動態(tài)響應(yīng)快、控制簡單等技術(shù)優(yōu)勢[1]。

直接轉(zhuǎn)矩控制的異步電動機(jī)系統(tǒng)存在低速轉(zhuǎn)矩脈動較大的缺點(diǎn)[2]。國內(nèi)外研究學(xué)者圍繞改善系統(tǒng)低速性能做了大量研究，如模糊控制、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的速度估計(jì)等等[3]。這些方法都能較好地解決了DTC系統(tǒng)的低速轉(zhuǎn)矩脈動，但是算法復(fù)雜，尤其是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，目前理論發(fā)展尚不成熟，距離實(shí)際的應(yīng)用尚需時日。本文采用一種改進(jìn)的矢量細(xì)分調(diào)制技術(shù)[4-7]，不僅有效降低了系統(tǒng)低速運(yùn)行時的轉(zhuǎn)矩脈動,而且保證了開關(guān)頻率的恒定，且更易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。

1 改進(jìn)的SVM直接轉(zhuǎn)矩控制

與傳統(tǒng)SVM利用六個非零空間電壓矢量把空間等分成了6個扇區(qū)相比，改進(jìn)的SVM將非零空間電壓矢量進(jìn)一步細(xì)分，達(dá)到了12個。此12個矢量將空間分為12個扇區(qū)，如圖1所示。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用空間電壓矢量脈寬調(diào)制思想，在采用對稱規(guī)則采樣技術(shù)條件下，可以得到24個非零空間電壓矢量，控制系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)空間電壓矢量的位置選擇與其相近的原始空間電壓矢量或是合成空間電壓矢量進(jìn)行控制，由于空間電壓矢量間夾角更小，選擇的空間電壓矢量可以更加逼近目標(biāo)空間電壓矢量，從而達(dá)到更好的控制效果。

圖1 SVM矢量扇區(qū)分布

圖2 對稱規(guī)則采樣矢量細(xì)分SVM波形圖

圖3 基于矢量細(xì)分的DTC_SVM控制系統(tǒng)

2 轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈計(jì)算原理

靜止坐標(biāo)系下，電磁轉(zhuǎn)矩可以用電子電流與電子磁鏈?zhǔn)噶勘硎緸槿缦滦问剑?/p>

定子磁鏈的實(shí)際估算方法采用u-i模型，其理論計(jì)算公式如下：

3 轉(zhuǎn)速估算

整個辨識算法的運(yùn)算框圖如圖4所示。

基于MRAS的轉(zhuǎn)速辨識算法雖具有對電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻變化完全不敏感性[8]，但還是受到電機(jī)其它參數(shù)變化的影響，對電機(jī)參數(shù)的辨識和估算工作還需進(jìn)一步研究。

5 仿真和實(shí)驗(yàn)分析

利用Matlab的Simulink仿真工具，對傳統(tǒng)DTC 和改進(jìn)型DTC_SVM的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究，異步電機(jī)參數(shù)為：P=3.0 kW, f=50 Hz, U=460 V, T=50Nm，=0.2 kg·m2, P=2,s=0.435，r=0.816，1s=2 mH，1r=2mH，m=69.31 mH，=150 r/min.

傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)低速運(yùn)行時的磁鏈、轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速波形如圖5所示，改進(jìn)型DTC_SVM技術(shù)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)低速運(yùn)行時的磁鏈、轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速波形如圖6所示。

系統(tǒng)仿真結(jié)果：比較傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)與基于SVM的DTC系統(tǒng)仿真結(jié)果圖，可以發(fā)現(xiàn)，基于SVM的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，改善了直接轉(zhuǎn)矩控制在低速階段的性能，定子磁鏈更逼近于圓形，低速時轉(zhuǎn)矩脈動更小，改善了低速轉(zhuǎn)矩脈動性，同時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速更加穩(wěn)定。

6 結(jié)論

從仿真結(jié)果可以看出，基于矢量細(xì)分的DTC_SVM將傳統(tǒng)的非零空間電壓矢量從6個細(xì)分到24個，相鄰空間電壓矢量間的夾角從60o減小到15o，較好的改善了磁鏈幅值、轉(zhuǎn)矩的低速運(yùn)行特性。同時系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)特性好，魯棒性好，仿真結(jié)果證實(shí)了該方法的可行性。

圖5 傳統(tǒng)DTC低速運(yùn)行時磁鏈、轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果

圖6 改進(jìn)DTC_SVM低速運(yùn)行磁鏈、轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果

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An Improved DTC-SVM Method for Asynchronous Motor Control

Luo Xiaoli, Fan Guilin

(School of Physics and Electronic Information Engineering, Hubei Engineering University, Xiaogan 432000, Hubei, China)

TM343

A

1003-4862（2013）04-0044-03

2012-09-03

羅小麗(1980-)，女，碩士，講師。專業(yè)方向：電機(jī)調(diào)速。