基于空间矢量变换的永磁同步电机直接转矩控制研究与仿真.doc

基于空间矢量脉宽调制的永磁同步电机直接转矩控制研究与仿真摘要:为了解决传统永磁同步电机(PMSM) 直接转矩控制( DTC )中磁链与转矩脉动的问题,提出了一种新的空间矢量脉宽调制(SVPWM) 的直接转矩控制来代替传统直接转矩控制中磁滞控制器和开关变。通过 MATLAB 的仿真,理论分析和仿真结果表明提出的控制方法能够很大程度上减少磁链振动,有很好的动态和静态性能。关键词: 永磁同步电机: 直接转矩控制: 空间矢量脉宽调制: MATLAB/SIMULINK DTC 系统有一个简单的控制结构和不错的动态、静态性能。但是,在传统的 DTC 系统中,由于电压逆变器只有 8个可变的基础空间矢量, 导致在基础矢量中的转换变得不连续,其中有 6个是非零相量且互成度角。在一个控制周期,只有一个电压空间矢量可以被选择,并不能适应方向和控制定子磁链的可调范围,所以磁链和转矩的脉动是不可避免的。为了结局上面提到的关于磁链和转矩脉动的不利问题,本文提出了一种 SVM-DTC 方法,也就是使用 SVPWM 来减少磁链和转矩的脉动。在一个控制周期, 两个相邻的非零的电压矢量和一个零矢量被选择,计算出它们的作用时间,然后合成所需要的电压空间矢量来控制逆变器。这种方法消除了传统 DTC 系统中的开关表。仿真的性能表明所提出的方法能减少由滞环控制器引起的转矩和磁链的脉动。 2. PMSM 的数学模型假定忽视电机的铁芯饱和、涡流和磁滞损耗,并且在电机用没有阻尼绕组。下面的方程表示的为 PMSM 在???坐标系中的数学模型: ????????????????????? cos / sin / frsS ftsSdtdiLiRu dtdiLiRu (1) ??????????????? dtiRu dtiRu s s????????(2)????????iiNT pe??2 3 (3) 其中?u , ?u , ?i 和?i 是在???坐标系中的各自的定子电压和电流; SR 和 SL 是定子电阻和电感; f?是永磁磁链; r?和?是电机转子的角速度和位置,并且 rdtd???/ ;p 是微分算子及dtdp/?。 3. 空间矢量脉宽调制( SVPWM ) SVPWM 把电机和逆变器看做一个整体, 试图提供电机幅度恒定的圆形磁场。对逆变器使用不同的开关模式产生有效的三相对称正弦电压矢量使磁链接近圆形。 判断扇区定义下面的变量: ??????????????????UUU UUU UU ref ref ref3 3 3 2 1(4) 然后通过公示( 5)就能得到 N的值: )(4)(2)( 321 ref ref refU sign U sign U sign N???(5) )(x sign 是符号功能。 N与扇区相对应的关系如下表 1. 表1N与扇区的对应关系 作用时间的计算电压矢量在不同的扇区,每个逆变器开关的导通时间是不同的。示于表 2。表2 1T 和 2T 在不同的扇区 4. 基于空间矢量脉宽调制的直接转矩控制( SVM-DTC ) 在传统的 DTC 系统中,在定子电压和电流采样后,可以在???坐标系中通过CLARK 变换和一些数学计算出磁链)(k s?和位置角)(k?。一个控制周期后,磁链变为)1(?k s?,位置角变为)1(?k?,)(