結(jié)合滑?？刂坪头答伨€性化的感應(yīng)電機(jī)控制

羅 樂

(成都工業(yè)學(xué)院,成都611730)

0 引 言

相對(duì)于感應(yīng)電機(jī)的矢量控制策略,直接轉(zhuǎn)矩控制(以下簡(jiǎn)稱DTC)具有較高的魯棒性,且具有更快的響應(yīng)速度[1-3]。傳統(tǒng)的DTC控制器使用滯環(huán)轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制并結(jié)合開關(guān)表選擇電壓矢量作用到電機(jī),從而避免使用了電流閉環(huán),提高了響應(yīng)速度。但DTC控制器容易造成較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),這將造成噪聲,增加額外的損耗,降低電機(jī)生命周期,同時(shí)魯棒性也較低[4-5]。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,文獻(xiàn)[6]基于現(xiàn)代控制理論,采用離散空間矢量控制技術(shù),提出了改進(jìn)型的恒定開關(guān)頻率DTC方案以減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。文獻(xiàn)[7]提出了基于線性轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制的DTC方案,文獻(xiàn)[8]提出了一種變結(jié)構(gòu)的DTC控制方案。

反饋線性化是一種非線性控制方法。其主要思路是利用非線性反饋環(huán)節(jié)將一個(gè)非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為一個(gè)等效的線性系統(tǒng),然后可以使用傳統(tǒng)的線性方法設(shè)計(jì)控制器[9]。但是由于反饋線性化方法對(duì)模型誤差和擾動(dòng)較為敏感,文獻(xiàn)[10-12]分別使用了基于轉(zhuǎn)速、電流或磁鏈對(duì)電機(jī)模型進(jìn)行了反饋線性化設(shè)計(jì),文獻(xiàn)[13-16]對(duì)變頻器模型進(jìn)行反饋線性化設(shè)計(jì)。其中文獻(xiàn)[16]對(duì)反饋線性化模型的誤差敏感度進(jìn)行了分析,顯示由于擾動(dòng)、參數(shù)偏移或傳感器誤差都有可能降低控制性能?；？刂?以下簡(jiǎn)稱SMC)是一種針對(duì)系統(tǒng)不確定性和模型誤差的魯棒控制方法[9],它已成功地應(yīng)用于感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,并在較寬的轉(zhuǎn)速范圍提供了較好的動(dòng)態(tài)性能[17-22]。

本文在上述文獻(xiàn)研究基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種結(jié)合滑?？刂坪头答伨€性化的新型改進(jìn)DTC控制方案,用于感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。由于采用了反饋線性化方法,該方案具有可以使用經(jīng)典控制理論設(shè)計(jì)控制器的優(yōu)勢(shì),即可以對(duì)魯棒性和穩(wěn)定性進(jìn)行分析。此外,觀測(cè)器和控制分離的原則使得兩者可以獨(dú)立設(shè)計(jì)[23]。將反饋線性化結(jié)合滑?？刂瓶梢钥朔答伨€性化方法對(duì)擾動(dòng)和不確定敏感的問(wèn)題。本文通過(guò)將狀態(tài)變量轉(zhuǎn)換得到了四階非線性感應(yīng)電機(jī)模型,通過(guò)反饋線性化推導(dǎo)出二階線性模型,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩和磁鏈的解耦,故得到的線性模型是直觀、簡(jiǎn)單的,大大簡(jiǎn)化了控制器設(shè)計(jì)。DTC控制器的設(shè)計(jì)還使用了SMC環(huán)節(jié),以提高系統(tǒng)的魯棒性,同時(shí)和傳統(tǒng)DTC控制相比,保留了傳統(tǒng)DTC控制的快速響應(yīng)特性,同時(shí)還消除了傳統(tǒng)DTC控制帶來(lái)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動(dòng)。最后通過(guò)感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)開展了對(duì)比試驗(yàn),驗(yàn)證了新型控制方法的有效性。

1 感應(yīng)電機(jī)模型的反饋線性化

經(jīng)典的非線性系統(tǒng)的線性化方法是基于系統(tǒng)工作點(diǎn)進(jìn)行一階近似,并忽略其高階動(dòng)態(tài)。這在感應(yīng)電機(jī)處于恒轉(zhuǎn)速時(shí)是適用的,但在感應(yīng)電機(jī)的一些暫態(tài)中應(yīng)用時(shí)將降低控制性能[7]。因此考慮反饋線性化方法,其不同于傳統(tǒng)的線性化,其效果是全局性的,而不僅僅局限于工作點(diǎn)附近[23]。通常反饋線性化較難實(shí)現(xiàn),但通過(guò)對(duì)感應(yīng)電機(jī)模型狀態(tài)變量的轉(zhuǎn)換,以及輸入的重新定義可以實(shí)現(xiàn)。

感應(yīng)電機(jī)定子參考系下的狀態(tài)空間模型[12]:

式中:ψs和ψr分別是定子磁鏈?zhǔn)噶亢娃D(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶?Rs和Rr分別為定子和轉(zhuǎn)子電阻;Ls,Lr和Lm分別為定子,轉(zhuǎn)子和激磁電感;Ts=Ls/Rs,Tr=Lr/Rr,σ=為轉(zhuǎn)子速度;us為定子電壓矢量,同時(shí)也是輸入變量。

為了實(shí)現(xiàn)反饋線性化,重新選擇狀態(tài)變量如下:

式中:ψsd和 ψsq分別是定子 d軸和 q軸磁鏈;ψrd和ψrq分別是轉(zhuǎn)子d軸和q軸磁鏈;M和轉(zhuǎn)矩相關(guān),Fs和Fr分別是定子和轉(zhuǎn)子d,q軸磁鏈的平方和,而R取決于轉(zhuǎn)子和定子磁鏈。為了簡(jiǎn)單起見,將M作為轉(zhuǎn)矩,而Fs作為定子磁鏈幅值,因此控制器設(shè)計(jì)為控制轉(zhuǎn)矩M和定子磁鏈幅值Fs,但也要保持狀態(tài)變量在Fr和R在邊界內(nèi)。將狀態(tài)變量轉(zhuǎn)換后可以得到如下狀態(tài)方程:

進(jìn)一步將輸入變量重新定義為wd和wq:

從而得到線性化的系統(tǒng):

在重新定義輸入變量的式(11)和式(12)中,求解usd和usq可得:

反饋線性化處理后,狀態(tài)變量Fs和M得到了解耦,進(jìn)而簡(jiǎn)化了感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)。同時(shí)考慮到對(duì)狀態(tài)變量Fs,Fr和M的方程求解得到的極點(diǎn)在左半平面,從而剩下的狀態(tài)變量R只要保證有界就可以實(shí)現(xiàn)輸入輸出的穩(wěn)定性。而分析式(16)可以發(fā)現(xiàn),只有當(dāng)R為零的時(shí)候是無(wú)界的,這僅僅存在于定子或轉(zhuǎn)子磁鏈為零時(shí),這在電機(jī)運(yùn)行時(shí)不可能的,而在電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中只要保證控制器先進(jìn)行磁鏈控制再進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制即可。綜上,可以假設(shè)狀態(tài)變量R存在一個(gè)上邊界Rl,這在物理解釋上也是符合,即磁鏈存在飽和點(diǎn),因而是有上邊界的。

2 結(jié)合反饋線性化和SMC的DTC方案

圖1為結(jié)合SMC和反饋線性化的DTC控制器框圖。從圖1中可以看出,控制器使用了簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和磁鏈觀測(cè)器,轉(zhuǎn)速閉環(huán)采用了PI調(diào)節(jié)器。

控制器的控制目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈幅值的控制,即實(shí)現(xiàn)DTC控制。前述已經(jīng)將系統(tǒng)進(jìn)行線性化處理,從而可以在線性化的模型基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)。從式(13)和式(14)可以看出,狀態(tài)變量M和Fs已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了解耦,故很容易設(shè)計(jì)控制器來(lái)獲得輸入wd和wq。然后就是基于式(17)和式(18)來(lái)得到實(shí)際的輸入usd和usq。但考慮到控制器計(jì)算誤差是難以避免的,因此必須考慮控制器的魯棒性。實(shí)際控制輸入誤差可表示為線性狀態(tài)方程的等效誤差,根據(jù)式(13)可得到:

圖1 新型DTC控制器框圖

式中:gM代表了反饋線性化轉(zhuǎn)矩方程的不確定動(dòng)態(tài)。式(13)中估計(jì)到的動(dòng)態(tài):

假設(shè)動(dòng)態(tài)估計(jì)的誤差是有界的:

為了設(shè)計(jì)式(19)的滑?？刂破?定義滑模曲面SM為轉(zhuǎn)矩誤差:

根據(jù)選擇的滑模曲面,控制率設(shè)計(jì):

式(23)右邊第二項(xiàng)-kMsgn(SM)為校正控制。構(gòu)造系統(tǒng)的Lyapunov函數(shù)為V=S2M/2。如果 Lyapunov函數(shù)的可微,且導(dǎo)數(shù)為負(fù)定,那么系統(tǒng)將收斂到滑模曲面。計(jì)算V的導(dǎo)數(shù):

為了保證收斂的魯棒性,V的導(dǎo)數(shù)必須在一些不確定的條件下保證為負(fù)定。選擇校正控制增益kM如下:

這給出了滑動(dòng)條件:

式中:ηM是一個(gè)正常數(shù)。式(25)中增益kM包括了GM以保證魯棒穩(wěn)定性,增益kM還包括了ηM來(lái)控制收斂到滑模曲面的速度。較大的ηM將使得系統(tǒng)軌跡在一個(gè)更短的時(shí)間收斂,但是可能造成顫振。使用如下的積分滑模曲面可以得到相同的結(jié)果。

式中:λM是一個(gè)正常數(shù),其決定當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)點(diǎn)位于滑模曲面時(shí),誤差收斂到零的速度。進(jìn)而控制輸入wq可選擇:

同時(shí)滑動(dòng)條件為kM=GM+ηM。為了避免顫振,圍繞滑模曲面定義一個(gè)邊界BM(t)={x,|SM(x)|≤hM},其中hM＞0決定了邊界與滑模曲面之間的厚度。在邊界內(nèi),將一個(gè)比例控制項(xiàng)增加到式(23)中,而在邊界外(|SM(x)|＞hM),校正控制將使得系統(tǒng)趨于滑模曲面。

考慮到式(14)所描述的定子磁鏈動(dòng)態(tài)和式(13)一樣,因此分析過(guò)程相同,不再累述,列出滑模曲面:

控制輸入wd設(shè)計(jì):

同樣使用一個(gè)狹窄的邊界圍繞滑模曲面,同時(shí)也加入比例控制,避免顫振。圖2為基于SMC和反饋線性化的轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制器的框圖。從圖2中可以看出,控制律為式(23)和式(30),而參考電壓由式(17)和式(18)計(jì)算而來(lái),最后的控制脈沖由空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM實(shí)現(xiàn)。

圖2 基于SMC和反饋線性化的控制器框圖

3 控制器魯棒性分析和參數(shù)設(shè)計(jì)

下面將對(duì)控制器的魯棒性進(jìn)行分析,包括對(duì)電機(jī)參數(shù)偏移和轉(zhuǎn)速測(cè)量誤差的魯棒性分析,因?yàn)檫@兩種擾動(dòng)是對(duì)電機(jī)模型有影響的。首先假設(shè)這些不確定性都存在邊界,如式(21)所示,然后分析這些不確定性對(duì)校正增益選取的影響。

由不確定性導(dǎo)致的控制信號(hào)誤差設(shè)為Δusd和Δusq。為了分析不確定性對(duì)SMC設(shè)計(jì)的影響,先將式(17)和式(18)合并寫成矢量形式如下:雖然SMC控制器生成wd和wq時(shí)是沒有誤差的,但可以用等效誤差的方法替代us的誤差,即Δw=Δwd+jΔwq,從而式(31)可寫:

式中為測(cè)量的激磁電感;為測(cè)量的定子電阻;為測(cè)量的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。聯(lián)立式(31)和式(32)可得:

考慮wd和wq誤差后的M和Fs動(dòng)態(tài)方程:

可以假定每個(gè)不確定參數(shù)的最大偏差和轉(zhuǎn)子速度的最大測(cè)量誤差是已知的。然后后續(xù)分析中設(shè)置ηM=10,ηFs=10,即設(shè)置一個(gè)固定動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度后進(jìn)行魯棒性分析。

3.1 轉(zhuǎn)速誤差魯棒性分析

轉(zhuǎn)速誤差將導(dǎo)致模型攝動(dòng),進(jìn)而影響系統(tǒng)響應(yīng)。轉(zhuǎn)速誤差對(duì)定子磁鏈沒有影響,但能改變轉(zhuǎn)矩,具體如下:

在已知最大轉(zhuǎn)速誤差后,可以設(shè)計(jì)合適的校正控制增益以保證魯棒性。基于后述表1的參數(shù)和標(biāo)定測(cè)量,試驗(yàn)用感應(yīng)電機(jī)的R額定值為0.25 Ω,設(shè)轉(zhuǎn)速測(cè)量最大誤差為±10 rad/s,則相應(yīng)GM=2.5,而kM=GM+ηM=12.5。在試驗(yàn)中取kM=20,這樣誤差范圍有進(jìn)一步的裕量。考慮到轉(zhuǎn)速誤差對(duì)磁鏈動(dòng)態(tài)沒有影響,故設(shè)置kFs=ηFs+0=10。圖3為±10 rad/s轉(zhuǎn)速誤差時(shí),在電機(jī)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈動(dòng)態(tài)響應(yīng)。從圖3中可以看出,轉(zhuǎn)矩控制受到轉(zhuǎn)速誤差的影響很小,保持了穩(wěn)定,同時(shí)消除了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),這驗(yàn)證了控制器對(duì)轉(zhuǎn)速誤差的魯棒性。

圖3 ±10 rad/s轉(zhuǎn)速誤差時(shí)的起動(dòng)仿真波形

3.2 定子電阻誤差魯棒性分析

考慮到定子電阻隨溫度會(huì)產(chǎn)生變化,而定子電阻的變化將影響到定子磁鏈動(dòng)態(tài)。引入定子電阻誤差后的定子磁鏈動(dòng)態(tài)方程:

式中:是標(biāo)稱定子電阻值;Rs為實(shí)際定子電阻值。設(shè)定子電阻最大誤差為±50%,將試驗(yàn)用感應(yīng)電機(jī)的相關(guān)參數(shù)代入進(jìn)行計(jì)算(參數(shù)具體見表1),即對(duì)應(yīng)模型攝動(dòng)0.69=28.16。故選擇校正控制增益kFs=ηFs+GFs=40＞38.16?？紤]到定子電阻誤差對(duì)轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)沒有影響,因此保持之前的kM=20。圖4為±50%定子電阻誤差時(shí),電機(jī)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈動(dòng)態(tài)響應(yīng)。從圖4中可以看出,定子電阻誤差對(duì)磁鏈響應(yīng)時(shí)間稍有影響,但是穩(wěn)定性和魯棒性依然較好。

圖4 ±50%定子電阻誤差時(shí)的起動(dòng)仿真波形

3.3 激磁電感誤差魯棒性分析

激磁電感可能由于磁飽和偏離其測(cè)量值,激磁電感的變化將影響到定子和轉(zhuǎn)子電感。但是對(duì)轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)無(wú)影響,引入激磁電感誤差后的磁鏈動(dòng)態(tài)方程如下:

考慮最大的激磁電感誤差為±30%,設(shè)為標(biāo)稱激磁電感,則有0.7在式(38)中等號(hào)右邊括號(hào)中的項(xiàng)設(shè)為ΔL,其值取決于Lm,當(dāng)Lm取下限值時(shí),ΔL=-0.424 67,當(dāng)Lm取上限值時(shí),ΔL=-0.237 16。為了保證最大的魯棒穩(wěn)定性,使用|ΔL|的最大值進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)。|ΔL|最大時(shí)對(duì)應(yīng)擾動(dòng)為GFs=2RRs×0.424 67=0.49,所以取 kFs=12＞10.49?？紤]到激磁電感對(duì)轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)無(wú)影響,因此保持之前的kM=20。圖5為±30%激磁電感誤差時(shí),電機(jī)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈動(dòng)態(tài)響應(yīng)。從圖5中可以看出,激磁磁鏈誤差對(duì)磁鏈響應(yīng)時(shí)間稍有影響,但是穩(wěn)定性和魯棒性依然較好。

綜上所述，南通范氏家族的家風(fēng)在宏觀方面體現(xiàn)出“萬(wàn)家憂樂盡關(guān)心”的民胞物與之情，在微觀方面的表現(xiàn)也涵蓋了溫、良、恭、儉、讓、孝、悌、忠、信等各個(gè)方面。這些南通范氏家族世代傳承的美好品德，也是維護(hù)范氏家族聲譽(yù)不墜的行為準(zhǔn)則，更是范氏家族延續(xù)四百五十年之久的傳家之寶。南通范氏并非簪纓望族，但由于對(duì)文正家風(fēng)的恪守，對(duì)詩(shī)禮書香傳家的踐行，使范氏家族成為南通乃至江蘇的文化世家，其魯?shù)铎`光的“家風(fēng)”與“家學(xué)”對(duì)今天的教育體制具有諸多啟示意義，對(duì)南通范氏“家風(fēng)”的梳理與解讀也有助于弘揚(yáng)中華民族的傳統(tǒng)家庭美德，為樹立優(yōu)良家風(fēng)、構(gòu)建和諧社會(huì)提供可資借鑒的模板。

圖5 ±30%激磁電感誤差時(shí)的起動(dòng)仿真波形

綜上分析,新型控制算法中的參數(shù)設(shè)計(jì)遵循以下原理,首先根據(jù)需要系統(tǒng)需要的動(dòng)態(tài)選擇ηM和ηFs,然后根據(jù)參數(shù)不確定性的范圍選擇GM和GFs。在確定ηM,ηFs,GM和GFs后,選擇一個(gè)滑模轉(zhuǎn)矩控制器增益大于ηM+GM,滑模磁鏈控制器增益大于ηFs+GFs,這將使得系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證新型控制策略的有效性,基于感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)驗(yàn)證的思路:首先對(duì)比傳統(tǒng)線性化DTC[7]和反饋線性化DTC控制方案[11]的試驗(yàn)結(jié)果,然后再對(duì)比反饋線性化的DTC和結(jié)合滑?？刂坪头答伨€性化的DTC控制方案的試驗(yàn)結(jié)果,其中經(jīng)典反饋線性化的DTC控制方案的控制器框圖如圖6所示。

圖6 傳統(tǒng)反饋線性化的控制器框圖

具體的試驗(yàn)用感應(yīng)電機(jī)額定功率為1.6 kW,具體電機(jī)參數(shù)如表1所示。試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖7所示。其中變頻器采用丹佛斯商用變頻器,額定功率3.2 kVA,控制器核心硬件為德州儀器公司的TMS320F28335芯片,采樣頻率和開關(guān)頻率設(shè)置為10 kHz,具體的控制器參數(shù)如表2所示。

表1 感應(yīng)電機(jī)主要參數(shù)

圖7 感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

表2 控制器主要參數(shù)

(1)傳統(tǒng)線性化和反饋線性化DTC對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

為了保證對(duì)比的客觀性,傳統(tǒng)線性化DTC方案的PI參數(shù)和反饋線性化DTC方案的PI參數(shù)是一致的,如表2所示。圖8和圖9分別是兩種控制方案下轉(zhuǎn)矩和磁鏈階躍響應(yīng)對(duì)比。從對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果可以看出,經(jīng)典的反饋線性化DTC方案的轉(zhuǎn)矩和磁鏈響應(yīng)要比傳統(tǒng)線性化DTC方案快,磁鏈波形的顫振更小。

圖8 傳統(tǒng)線性化和反饋線性化DTC的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)對(duì)比

圖9 傳統(tǒng)線性化和反饋線性化DTC的磁鏈響應(yīng)對(duì)比

(2)傳統(tǒng)反饋線性化和結(jié)合SMC的反饋線性化DTC對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

在試驗(yàn)中,配合使用的磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器都是較為簡(jiǎn)單的(反電動(dòng)勢(shì)低通濾波),且兩種方案是一致的。圖10為采用結(jié)合SMC和反饋線性化的DTC方案時(shí),0至1.5倍額定轉(zhuǎn)矩的階躍響應(yīng)。從圖10中可以看出,轉(zhuǎn)矩變化時(shí),磁鏈沒有改變,說(shuō)明這是一種解耦的控制方法,同時(shí)轉(zhuǎn)矩在小于2 ms的時(shí)間內(nèi)即達(dá)到指定值,動(dòng)態(tài)響應(yīng)很快,從放大拐點(diǎn)圖中可以明顯地看出,因?yàn)榭刂破饔?jì)算收斂很快。與此同時(shí),轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)還很小。圖11為定子和轉(zhuǎn)子磁鏈從0階躍至0.5 Wb的波形,響應(yīng)速度快且無(wú)顫振。

圖10 結(jié)合SMC和反饋線性化DTC的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)

圖11 結(jié)合SMC和反饋線性化DTC的磁鏈響應(yīng)

圖12 和圖13分別為傳統(tǒng)反饋線性化和結(jié)合SMC的反饋線性化DTC對(duì)比試驗(yàn)波形,包括了估計(jì)轉(zhuǎn)速、實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和定轉(zhuǎn)子磁鏈波形。從圖中可以看出,轉(zhuǎn)速響應(yīng)動(dòng)態(tài)是相似的,但是對(duì)比圖10和圖11中的轉(zhuǎn)矩和磁鏈響應(yīng)曲線,可以看出結(jié)合SMC和反饋線性化的DTC方案魯棒性較強(qiáng),在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和磁鏈波動(dòng)較小,具體傳統(tǒng)反饋線性化方案時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大于0.3 N·m,磁鏈波動(dòng)大于0.04 Wb,而新型方案的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小于0.2 N·m,磁鏈波動(dòng)小于0.02 Wb。兩種方案下都進(jìn)行了電機(jī)正向運(yùn)行與反向運(yùn)行的試驗(yàn),正向運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩達(dá)到了4.4 N·m,反向運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩為-4.4 N·m。從轉(zhuǎn)矩曲線可以看出,轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)集中在勻速段,而加速段沒有,這是因?yàn)榧铀龠^(guò)程中PI控制器和滑模磁鏈控制器接近飽和輸出最大值,而在勻速中進(jìn)行了調(diào)節(jié),進(jìn)而出現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

圖12 傳統(tǒng)反饋線性化DTC的試驗(yàn)波形

圖13 結(jié)合SMC和反饋線性化DTC的試驗(yàn)波形

5 結(jié) 語(yǔ)

本文提出了一種新型的結(jié)合滑?？刂坪头答伨€性化的直接轉(zhuǎn)矩控制方案。首先基于反饋線性化得到了一個(gè)解耦的感應(yīng)電機(jī)線性模型;然后結(jié)合滑?？刂圃O(shè)計(jì)了控制器;最后進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。現(xiàn)總結(jié)主要結(jié)論如下:

1)新型控制策略針對(duì)不確定性可以調(diào)整自身控制參數(shù),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的魯棒性。同時(shí)設(shè)計(jì)滑模曲面的邊界包圍實(shí)現(xiàn)了響應(yīng)速度的調(diào)節(jié)。

2)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明,和傳統(tǒng)DTC控制相比,新型控制策略保留了直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)點(diǎn),并顯著降低了轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)時(shí)的磁鏈波動(dòng),是一種效果更優(yōu)的控制策略。