應(yīng)用SVM的異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制仿真
鄭黎明1，畢廣明2，吳捷1
(1華南理工大學(xué)，廣東廣州515640；2汕頭大學(xué)，廣東汕頭515063)
摘要：為了減小傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制的磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動，采用參考電壓矢量計算模塊和空間電壓矢量調(diào)制(SVM)模塊取代滯環(huán)比較器和開關(guān)矢量表，并利用Matlab／Simulink仿真軟件建立矢量調(diào)制的異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)模型。磁鏈環(huán)節(jié)電壓矢量經(jīng)過簡單計算得出，轉(zhuǎn)矩環(huán)節(jié)電壓矢量被有效的分解后由轉(zhuǎn)矩PI控制器和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子磁鏈乘積給出。仿真結(jié)果表明，該直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)設(shè)計正確，達(dá)到了良好的控制效果。
關(guān)鍵詞：直接轉(zhuǎn)矩控制；參考電壓矢量；矢量調(diào)制；仿真
中圈分類號：TM346 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)05—0049—03
0引 言
直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)控制方法簡單、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快、魯棒性好、且便于數(shù)字化實現(xiàn)，但低速區(qū)存在較大磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動。文獻(xiàn)[1]提出許多改進和解決方案，比如縮短控制周期、細(xì)化開關(guān)矢量表，而采用空間電壓矢量調(diào)制的控制方法表現(xiàn)尤為突出。
空間矢量調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制方法重點在于參考電壓矢量的計算。無差拍方法是由T．G．Hahetler提出，主要思想是在一個采樣周期內(nèi)得到轉(zhuǎn)矩的給定值與反饋值之差，求解出使轉(zhuǎn)矩誤差和磁鏈誤差為零的空間電壓矢量。文獻(xiàn)[2]通過求解基于電機方程的磁鏈及轉(zhuǎn)矩的二次方程獲得參考電壓矢量，計算復(fù)雜，依賴于電機參數(shù)。文獻(xiàn)[3]是在定子磁鏈參考坐標(biāo)系下，磁鏈和轉(zhuǎn)矩的分別控制的無差拍方法，計算復(fù)雜度降低，仍依賴于電機參數(shù)。為了簡化計算，文獻(xiàn)[4]在定子磁鏈參考坐標(biāo)系下，采用雙PI控制器直接獲取電壓參考矢量，計算量減小，但PI參數(shù)整定復(fù)雜。磁鏈?zhǔn)噶科罘ㄊ峭ㄟ^快速改變每個周期內(nèi)定子磁鏈轉(zhuǎn)過的角度控制轉(zhuǎn)矩，維持磁鏈幅值恒定，利用角度和幅值變化合成參考電壓矢量。文獻(xiàn)[5]是通過轉(zhuǎn)矩的變化率與轉(zhuǎn)差突變近似成比例，利用PI調(diào)節(jié)器獲得角度變化量。文獻(xiàn)[6]是從電機基本方程出發(fā)，精確推導(dǎo)得出角度變化量。同樣，利用非線性方法和智能控制能夠很好的獲得電壓參考矢量，文獻(xiàn)[7]利用滑模變結(jié)構(gòu)控制方法得到。
本文從直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理出發(fā)，在定子磁鏈參考坐標(biāo)系下，基于磁鏈和轉(zhuǎn)矩的分別控制的無差拍方法，把參考電壓矢量有效分解后采用相應(yīng)的調(diào)節(jié)方法獲得，更好地包含了磁鏈和轉(zhuǎn)矩信息，有效減小了磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動。
1異步電動機模型
旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)系下，異步電動機模型是：
式中：us、is和λs為定子電壓矢量、電流矢量和磁鏈?zhǔn)噶�，is和λs為轉(zhuǎn)子電流矢量和磁鏈?zhǔn)噶�，Rs和Ls為定子電阻和電感，Rr和Lr為轉(zhuǎn)子電阻和電感，Lm為互感，ωref和ωr為參考坐標(biāo)系轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，p為電機極對數(shù)，Te為電磁轉(zhuǎn)矩，下標(biāo)s、r和d、g代表定子和轉(zhuǎn)子分量及兩相坐標(biāo)系下分量。
2.DTC—SVM控制方法
2．1 DTc—sVM基本原理
sVM是在一個控制周期內(nèi)，按照sVM算法，在不同的扇區(qū)內(nèi)，從逆變器的8個基本空間電壓矢量中選擇合適的矢量來合成目標(biāo)矢量。如圖1所示。
Uref為參考電壓矢量，U1、U2為相鄰電壓矢量，T0、T1、T2分別是一個控制周期T中零矢量和相鄰矢量的作用時間。由平行四邊形法則得出，各扇區(qū)電壓矢量合成原理如下[2]：
特別地，參考電壓矢量較大，即T1+T2>T時，取
DTc—sVM是通過保持定子磁鏈幅僮基本恒定，快速改變定轉(zhuǎn)子磁鏈之問轉(zhuǎn)差的直接轉(zhuǎn)矩控制來獲得參考電壓矢量，這個參考電壓矢量包含磁鏈控制和轉(zhuǎn)矩控制的信息，以svM取代基本的開關(guān)矢量表去合成目標(biāo)矢量實現(xiàn)電機控制。
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