硕士论文永磁同步电机直接转矩控制系统的研究.pdf

中图分类号:TM351 论文编号:1028703 12-S183
学科分类号:080804


硕士学位论文

永磁同步电机直接转矩
控制系统的研究


研究生姓名王莹
学科、专业电力电子与电力传动
研究方向电机控制
指导教师胡育文教授


南京航空航天大学
研究生院自动化学院
二О一二年一月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Automation Engineering

Research on the System of Direct Torque
Control for Permanent
Synchronous Motor

A Thesis in
Electrical Engineering

by
Wang Ying
Advised by
Prof. Hu Yuwen

Submitted in Partial Fulfillment

of the Requirements

for the Degree of

Master of Engineering

January, 2012

承诺书
本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进
行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致
谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成
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(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)





作者签名:
日期:
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
永磁同步电机具有高效率、高功率因数、高转矩密度等优点,在电机调速领域获得了广泛
应用,开发高性能的永磁同步电机调速系统也具有重要的社会意义。直接转矩控制技术(DTC)
作为一种高性能的电机控制方法,从电机控制的本质出发,实现了对转矩的直接控制,因而在
交流电机调速领域研究较多。在直接转矩控制技术成功应用到异步电机之后,1997 年南京航空
航天大学与澳大利亚新南威尔士大学合作首次提出了永磁同步电机直接转矩控制方案,随后迅
速成为研究热点。本文以正弦波永磁同步电机为研究对象,围绕直接转矩控制技术展开研究,
进一步完善了理论内容,从而推动该技术的应用和发展。
在以往认为永磁同步电机 DTC 中零矢量起到保持转矩作用的前提下,本文详细分析了一个
控制周期内转矩和磁链变化规律,并就零电压矢量对转矩脉动和磁链脉动的影响进行了量化分
析。分析结果表明:在电机高速运行情况下,零矢量实际上起到减小转矩的作用,转速越高,
零矢量减小转矩效果越明显。随后采用仿真和实验进行了验证,这为正确理解零矢量在永磁同
步电机 DTC 中的作用以及今后对零矢量范围的优化设计具有指导意义。
定子磁链观测一直以来都是永磁同步电机 DTC 研究的热点之一,尤其是电机低速运行时磁
链观测的准确性能极大的影响整个控制系统的稳定。针对传统观测的问题,本文对一阶惯性滤
波器和幅值限定补偿积分器这两种常用的改进型磁链观测器的原理和特点展开分析,并就不同
转速下两种改进积分器的观测结果进行比较。理论分析表明带幅值限定补偿的改进积分器在永
磁同步电机 DTC 中适用性更强,调速范围更宽。仿真和实验再一次对两种磁链观测器进行了对
比,验证了幅值限定补偿积分器的优势。这为磁链观测器的进一步改进和优化奠定基础。
由于具有磁阻转矩,对凸极式永磁同步电机 DTC 进行研究相比隐极式电机来说要更加复杂。
在分析隐极式和凸极式电机转矩表达式差异的基础上,提出一种磁链自适应 DTC 方法,将凸极
式电机等效为隐极式电机进行直接转矩控制,大大简化了凸极式永磁同步电机 DTC 中转矩变化
规律的分析难度。该方法同时可以达到减小损耗、提高电机运行效率的作用。初步仿真结果证
明了该方法的可行性。
直接转矩控制和矢量控制都是永磁同步电机高性能的控制方法,高性能的电机控制方法有
助于达到节能的目的。在节能减排的大环境之下,研究这些方法对电机功率因数、效率等节能
参数的影响就更有意义。本文以技术相当成熟的永磁同步电机矢量控制为基础,对其中的 isd  0
控制和 UP