永磁同步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制(中文)外文翻譯.doc

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1、在永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中的模擬研究摘要-為了提高永磁同步電機的動態(tài)性能，提出了永磁同步電機（PMSM）的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）方案。基于永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型和DTC系統(tǒng)的工作原理的深入分析，在Matlab/Simulink中建立這個系統(tǒng)的仿真模型，來進行模型的廣泛研究。大量的仿真結(jié)果表明永磁同步電機的DTC系統(tǒng)具有較快的響應(yīng)速度和良好的動態(tài)性能，驗證了這個系統(tǒng)的正確性和可行性。關(guān)鍵詞-永磁同步電機;磁鏈估計;直接轉(zhuǎn)矩控制;空間矢量脈寬調(diào)制I.引言在過去的幾年里永磁同步電機（PMSM）在越來越多的廣泛應(yīng)用中被熟悉

2、，由于它的特性，例如體積小、重量輕、效率高、慣性小、轉(zhuǎn)子無散熱問題等[1]。直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）是矢量控制之后的一種新的控制方法。它擯棄了矢量解耦思想控制，并使用該定子磁鏈直接控制磁鏈和電動機的轉(zhuǎn)矩。因此，該系統(tǒng)的動態(tài)反應(yīng)是非?？斓腫2]。DTC控制策略應(yīng)用于永磁同步電動機，以提高電機的轉(zhuǎn)矩特性，其目前已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的DTC通常采用開關(guān)控制策略來實施。但這種控制策略不能同時滿足系統(tǒng)在轉(zhuǎn)矩和磁鏈上的要求，這導(dǎo)致由系統(tǒng)生成的磁鏈和轉(zhuǎn)矩有很大的波動并導(dǎo)致脈沖電流的問題和更高的開關(guān)頻率變化引起的開關(guān)噪聲?？臻g矢

3、量脈寬調(diào)制（SVPWM）控制策略已廣泛用于電機速度控制領(lǐng)域，由于其潛在的優(yōu)點，例如小電流波形畸變，直流電壓的高利用率，易于數(shù)字實現(xiàn)，恒定的開關(guān)逆變器的頻率，從而有效地降低電機轉(zhuǎn)矩和磁鏈的脈動等等。本文研究的對象是永磁同步電機。在應(yīng)用中，基于空間矢量脈寬調(diào)制的DTC策略被用來模擬。結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快的優(yōu)勢，良好的動態(tài)性能等[3][4]。II.永磁同步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)永磁同步電機的定子磁鏈不僅包括由定子電流產(chǎn)生的，而且還包括由永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的，這取決于定子和轉(zhuǎn)子的參考系之間的位置角度。因此定子磁鏈可以表示為：

4、（1）其中，下標(biāo)s是靜態(tài)的參考坐標(biāo)系，是定子自感，是轉(zhuǎn)子永磁磁鏈?；诙ㄗ訁⒖伎蚣艿挠来磐诫姍C定子電壓方程可以被表示為以下等式：（2）因此（3）根據(jù)坐標(biāo)變換公式，從靜止坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的矢量轉(zhuǎn)換如下：（4）把公式（1）和公式（3）代入到公式（4），我們得到定子磁鏈和定子電壓在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)中的表達(dá)式：（5）（6）在d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，電壓矢量，電流和磁鏈可以分解為：（7）（5）和（6）可以被分解于實軸部和虛軸部：（8）（注：當(dāng)它是非凸極電機時）（9）各種永磁同步電機的坐標(biāo)系統(tǒng)和相關(guān)的向量如圖1所示，其中A，B，C：定子

5、三相固定軸定子兩相靜止軸轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸，d軸方向是所述轉(zhuǎn)子磁極方向同步旋轉(zhuǎn)軸，直流軸方向是定子磁極方向直流軸和d軸之間的角度圖1.永磁同步電機的向量圖電機電磁轉(zhuǎn)矩可以表示為：（10）其中，P是電動機的極對。電動機磁鏈和電流可以被分解成軸分量：（11）然后，電機電磁轉(zhuǎn)矩可以被描述為：（12）根據(jù)式（4）到（10），（13）可以看出的是（14）基于PARK變換，（15）轉(zhuǎn)矩公式可以通過式（15）帶入式（14）獲得：（16）上述公式表明，如果該電機定子磁鏈的振幅保持恒定時，電磁轉(zhuǎn)矩正比于定子電流在軸線的分量。III.直接轉(zhuǎn)矩控制

6、系統(tǒng)仿真模型A.數(shù)學(xué)模型直接轉(zhuǎn)矩控制計算和定子磁鏈和永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩控制直接實現(xiàn)高動態(tài)性能，在定子坐標(biāo)系中。永磁同步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制框圖如圖2所示。通過克拉克坐標(biāo)變換和Park坐標(biāo)變換，在d-q軸上的分量和，可以從相電流的采樣值和所獲得的。然后，、和可以通過和估算。此系統(tǒng)使用速度、磁通鏈和轉(zhuǎn)矩的三閉環(huán)控制。采用速度偏差作為輸入值，外環(huán)PI控制器輸出是轉(zhuǎn)矩環(huán)的給定值。然后采取轉(zhuǎn)矩偏差作為輸入值，轉(zhuǎn)矩環(huán)PI控制器輸出的修正值是和之間的角度。在d-q軸的分量和可以通過、和估算。通過和的Park逆變換可以生成空間矢量脈寬調(diào)制

7、控制信號，然后驅(qū)動永磁同步電機[5][6]。在圖2中，磁鏈估計量可以表示為：（17）轉(zhuǎn)矩估算量可以表示為：（18）電壓估計值可以表示為：（19）其中，是磁鏈的采樣時間，是轉(zhuǎn)矩定子磁鏈的給定值。此外，（20）為減少計算，、可表示為：（21）圖2.基于直接轉(zhuǎn)矩控制的永磁同步電機的結(jié)構(gòu)圖B.仿真模型MATLAB7.0的SimPowerSystem模塊庫用于在本文。基于上述數(shù)學(xué)模型的分析，永磁同步電機的DTC系統(tǒng)的仿真模型被建立。系統(tǒng)仿真模型如圖3所示。當(dāng)在永磁同步電機的三相對稱繞組上施加三相對稱電流時，一個旋轉(zhuǎn)磁場將會產(chǎn)生。在

8、d-q軸上的分量、可從相電流的采樣值和通過克拉克坐標(biāo)變換和Park坐標(biāo)變換得到。圖3.基于直接轉(zhuǎn)矩控制的永磁同步電機的仿真模型1）磁鏈估計器模塊：磁鏈估計模塊是由式（17）如圖4中所示來確定。、將由電流、通過磁鏈估計模塊估算得到。、是指圖4中的flux_sd、flux_sq。圖4.磁鏈估計模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2）轉(zhuǎn)矩估計模