基于模糊控制的永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)
高雅，劉衛(wèi)國，駱光照
(西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安710072)
摘要：針對永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈脈動問題，提出了一種利用模糊控制器調(diào)節(jié)PWM信號占空比的永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的策略，即在傳統(tǒng)永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基礎(chǔ)上，用模糊控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)DTc中的滯環(huán)比較器和空間電壓矢量狀態(tài)選擇器來細(xì)分控制規(guī)則，以減小轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動。經(jīng)過仿真，結(jié)果驗(yàn)證了此方法的有效性。此外針對以往模糊規(guī)則表數(shù)量龐大、控制系統(tǒng)復(fù)雜這一問題，使用了定子磁鏈角映射的方法，大大減少了模糊規(guī)則的數(shù)最。
關(guān)鍵詞：永磁同步電動機(jī)；直接轉(zhuǎn)矩控制；模糊控制；占空比；轉(zhuǎn)矩脈動
中圖分類號：TM34l 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)01—0040—03
0引 言
直接轉(zhuǎn)矩控制(DTc)是在電壓空間矢量控制理論的基礎(chǔ)之上，繼矢量控制技術(shù)后發(fā)展起來的具有高性能的交流變頻調(diào)速技術(shù)[1]。永磁同步電動機(jī)(PMsM)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、效率高、功率因數(shù)高、轉(zhuǎn)動慣量小等優(yōu)點(diǎn)，使其越來越多的應(yīng)用于高性能要求的場合[2]。鑒于直接轉(zhuǎn)矩控制在異步電動機(jī)控制中良好的控制性能，近年來將直接轉(zhuǎn)矩控制應(yīng)用于永磁同步電動機(jī)已成為運(yùn)動控制的一個研究熱點(diǎn)。
直接轉(zhuǎn)矩控制由于其采用的滯環(huán)比較器的繼電特性無法精確地區(qū)分轉(zhuǎn)矩誤差和磁鏈誤差，永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制只能使用使轉(zhuǎn)矩正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的電壓矢量，因此，控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩脈動和磁鏈脈動尤為突出[3]。為了減小脈動，本文提出了一種基于模糊控制調(diào)節(jié)PwM信號占空比的永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制策略，即根據(jù)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的偏差設(shè)計一個模糊控制器來控制每個采樣周期的PwM信號的占空比，以減小轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動。此外在設(shè)計模糊控制器時，本文運(yùn)用了定子磁鏈角映射的方法，減少了模糊規(guī)則的數(shù)量。
1永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制
直接轉(zhuǎn)矩控制采用hang-bang控制的離散滯環(huán)控制方式，以轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈作為被控對象，將轉(zhuǎn)矩和磁鏈誤差通過滯環(huán)比較器產(chǎn)生PwM信號直接控制逆變器的開關(guān)狀態(tài)[4]。圖l為永磁同步電動機(jī)不同坐標(biāo)系下的矢量圖。
圖1中的δ為定子磁鏈Ψs和轉(zhuǎn)子磁鏈Ψq之間的夾角，即功角。當(dāng)系統(tǒng)在一定轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行時，δ不變。當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)改變時，δ在不斷變化。
在dq坐標(biāo)下，永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式為[2]：
式中：Ψd、Ψq，分別為定子磁鏈Ψs在d軸和q軸上的分量，id、iq分別為定子電流在d軸和q軸上的分量，p為電機(jī)極對數(shù)：
其中：x可分別表示電流、電壓、電磁。將式(5)代人式(1)可得到：
其中：Ld和Lq為電感L分別在d軸和q軸上的分量。
對于隱極式永磁同步電動機(jī)Lq=Ld，故式(7)可寫為：
由式(8)可知，若定子磁鏈不變，調(diào)速時只需改變6角度便可改變轉(zhuǎn)矩的大小。  之間變化時，隨著角度的增加轉(zhuǎn)矩增加。直接轉(zhuǎn)矩控制就是選擇合適的電壓空間矢量來調(diào)節(jié)定子磁鏈的位置，以達(dá)到控制6角度的作用’。圖2即為永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制框圖： 2基于模糊控制調(diào)節(jié)PwM信號占空比的永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)
2．1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本文在傳統(tǒng)DTc的基礎(chǔ)之上，將滯環(huán)比較器和空間電壓矢量狀態(tài)選擇器用模糊控制器代替，即當(dāng)在一定的定子磁鏈角(目)范圍內(nèi)，將原來的一個電壓矢量信號用細(xì)分后的幾個電壓矢量信號代替，以達(dá)到調(diào)節(jié)PwM |
