矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控 制結合的異步電動機控制
李春菊，蔡斌軍
(湖南工程學院，湖南湘潭411101)
摘要：為實現(xiàn)異步電動機高性能驅(qū)動，提出，矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制結合的控制策略。該控制策略結合矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)點，將電流矢量控制和電壓矢量開關表結合，控制結構相對簡單，避免了兩種控制方法的一些實現(xiàn)難度。通過仿真模型，并將仿真結果與直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進行比較分析，結果證實了該控制策略的有效性。
關鍵詞：矢量控制；直接轉(zhuǎn)矩控制；異步電動機；仿真
中圖分類號：TM343 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)12—0055—04
0引 言
分別基于矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制這兩種方法的異步電動機控制已趨于成熟[1]。這兩種控制都能使異步電動機達到優(yōu)良的動態(tài)性能和精確的穩(wěn)定狀態(tài)[1-2]。盡管兩者之間有些相似性，但它們的實現(xiàn)方式并不相同。所以電機驅(qū)動性能的一些參數(shù)，如轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動、逆變器開關頻率，至少在原始的矢量控制和轉(zhuǎn)矩控制是很不相同。更重要的是，兩種控制方法的原理相差甚遠。到目前為止，這些差異主要集中在文獻[3—5]所提出的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制的比較分析上。兩種控制方式下的電機特性如轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和電流，定、轉(zhuǎn)子電阻變化的影響[3]、以及磁通估計不準確所產(chǎn)生的影響[6]都有區(qū)別。
而通過尋找兩者的原理相似性，探求一個共同的理論基礎，使該理論基礎為兩者具有響應快速性和準確性的主要因素。從這個共同的理論基礎出發(fā)，產(chǎn)生一種新的控制方案來控制異步電動機使其具有較高的驅(qū)動性能。
1矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制原理
1．1矢量控制
矢量控制有不同的實現(xiàn)方案 [6]。而在所有方案中，都是通過定子電流矢量控制來控制電機轉(zhuǎn)矩和磁鏈。在旋轉(zhuǎn)坐標系中，定子電流矢量被分解為磁通電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，分別為i ds和i qs.i ds沿轉(zhuǎn)子磁鏈矢量方向而i qs與i ds呈垂直關系，如圖1所示。這就將磁通矢量控制從轉(zhuǎn)矩控制中解耦出來，可得轉(zhuǎn)矩方程 [2]：  式中：p為極數(shù)；Lm為定、轉(zhuǎn)子間的互感；Lr為轉(zhuǎn)子繞組電感；Ψqr為q軸轉(zhuǎn)子磁鏈；Ψdr為d軸轉(zhuǎn)子磁鏈。
由于q軸磁通為零，則轉(zhuǎn)矩方程簡化為：
式中：Ψdr=Ls (3)
取i ds為常數(shù)，則轉(zhuǎn)矩線性依賴于i qs,轉(zhuǎn)矩隨電流(i qs)變化而作出快速響應。異步電動機定、轉(zhuǎn)子繞組電壓、磁鏈方程 [2]：  1．2直接轉(zhuǎn)矩控制
在電機直接轉(zhuǎn)矩控制中，直接對轉(zhuǎn)矩和磁鏈進行控制而無需控制電流�；诙ㄗ雍娃D(zhuǎn)子磁鏈的轉(zhuǎn)矩表達式為[2]：
式(11)表明轉(zhuǎn)矩的動態(tài)性依賴于y的變化。因此，快速地改變y就可獲得快速的直接轉(zhuǎn)矩控制。這可通過將適當?shù)哪孀冸妷菏噶孔饔糜陔姍C定子繞組使定子磁鏈矢量旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，因為在一個極短的時間段△t內(nèi)，電機電壓方程近似表示為：
上式說明，磁鏈矢量Ψs的增量為電壓矢量Vs與時間增量的乘積，即它與逆變器的六個非零電壓矢量存在一定的對應關系。六個逆變電壓矢量可確定Ψs所在的方向和位置。
從式(13)中可看出，在△t時間段內(nèi)，轉(zhuǎn)子磁鏈矢量對電壓矢量的響應是滯后的，因為它與式(13)中一次時滯的定子磁鏈矢量有關。
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