無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的研究
尹中良，劉國海
（江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，鎮(zhèn)江212013）
摘要：直接轉(zhuǎn)矩控制是一種高性能的電機控制方法，它能實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)，并且能有效的減小轉(zhuǎn)矩脈動，目前已經(jīng)成熟的應(yīng)用在三相異步電機和永磁同步電機上。文章利用在兩相靜止坐標(biāo)系中轉(zhuǎn)子磁鏈分量對轉(zhuǎn)子位置角的變化率與定子電流分量的乘積來計算無刷直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩對開關(guān)管采用120度導(dǎo)通時的空間電壓矢量進(jìn)行了定義，并根據(jù)此定義制定開關(guān)表。仿真和試驗證明將直接轉(zhuǎn)矩控制應(yīng)用于無刷直流電機(bn，shless dc motor，bldcm)上，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快，轉(zhuǎn)矩脈動小的控制性能。
關(guān)鍵詞：無刷直流電機；直接轉(zhuǎn)矩控制；轉(zhuǎn)矩脈動；空間電壓矢量
中圖分類號：tm36 +1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號：1001-6848( 2010) 04-0052-03
o引言
對電機的控制，本質(zhì)上是對轉(zhuǎn)矩的控制，我們可以通過控制電流來控制轉(zhuǎn)矩，也可以直接控制電機的轉(zhuǎn)矩。目前，對無刷直流電機來說，大多是采用控制電流的辦法來控制轉(zhuǎn)矩，但沒有好的解決轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度慢，轉(zhuǎn)矩脈動大的問題，也有采用優(yōu)化pwm調(diào)制的方法實現(xiàn)消或減小開關(guān)管二二導(dǎo)通換相時的非導(dǎo)通相的電流脈動，從而消除或減少轉(zhuǎn)矩脈動，但這種控制方式只能消除或減小換相時的轉(zhuǎn)矩脈動，當(dāng)負(fù)載突變時轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢，也不能減小由此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動；文獻(xiàn)[5]提出了一種****電流勵磁控制方案，它能減小銅耗和轉(zhuǎn)矩脈動，但是它是基于d-q坐標(biāo)變換，對轉(zhuǎn)矩的動態(tài)響應(yīng)慢。
由于無刷直流電機的氣隙磁場是梯形波磁場，這不同于三相異步電機和永磁同步電機的正弦波磁場[6，8]；并且由于無刷直流電機本身的特性，控制時一般采用二二導(dǎo)通方式，因此將直接轉(zhuǎn)矩控制應(yīng)用在無刷直流電機存在以下兩個困難：
①轉(zhuǎn)矩的計算公式不能采用三相異步或永磁同步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制中的轉(zhuǎn)矩計算公式，需要重新推導(dǎo)。
②由于采用二二導(dǎo)通方式，空間電壓矢量的表示方式與三三導(dǎo)通不同，需要重新定義。
本文從以上兩個方面人手，建立無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制模型，并且進(jìn)行仿真和試驗。
1無刷直流電機的直接轉(zhuǎn)矩控制
1.1轉(zhuǎn)矩估算和磁鏈觀測
一般來說，若忽略d-q軸之間的互感耦合無刷直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩te在同步旋轉(zhuǎn)的d-q坐標(biāo)系中可表示為：
式中l(wèi)d、lq和id、iq分別是d軸和q軸的電感和電流嗎，ψrd、ψrq、ψsd、ψsq分別是轉(zhuǎn)子和定子在d軸和q軸上的磁鏈分量。
對于轉(zhuǎn)子磁鋼是面貼式的無刷直流電機來說，將其和式(2) -起代入式(1)并整理化簡可得無刷直流電機電磁轉(zhuǎn)矩在d-q坐標(biāo)系中的計算公式
在兩相靜止坐標(biāo)系中的表達(dá)式為
式中ψsα、ψsβ、ψrα、ψrβ分別是定子和轉(zhuǎn)子磁鏈在α-β軸上的分量，isα、isβ是定子電流在α-β軸上的額分量
磁鏈觀測采用電壓模型，三相定子磁鏈由式(6)來進(jìn)行計算：
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