羅小麗，范桂林

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一種改進的異步電機DTC _ SVM 控制系統(tǒng)研究

羅小麗，范桂林

（湖北工程學院 物理與電子信息工程學院，湖北 孝感 432100）

考慮到傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)在低速時存在的磁鏈波形畸變和轉(zhuǎn)矩脈動問題，研究了一種改進的DTC_SVM控制策略，將傳統(tǒng)的非零空間電壓矢量進一步細分，并推導了任意空間電壓矢量合成方法，給出了基于矢量細分的DTC_SVM控制系統(tǒng)模型。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)能提高轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制精度，同時有效降低轉(zhuǎn)矩低速脈動，提高系統(tǒng)低速運行穩(wěn)定性。

矢量細分 SVM 異步電機 直接轉(zhuǎn)矩控制

0 引言

直接轉(zhuǎn)矩控制技術在很大程度上解決了矢量控制系統(tǒng)中存在的計算控制復雜，系統(tǒng)特性易受電動機參數(shù)變化影響的缺點，具有使用電動機參數(shù)少、動態(tài)響應快、控制簡單等技術優(yōu)勢[1]。

直接轉(zhuǎn)矩控制的異步電動機系統(tǒng)存在低速轉(zhuǎn)矩脈動較大的缺點[2]。國內(nèi)外研究學者圍繞改善系統(tǒng)低速性能做了大量研究，如模糊控制、基于神經(jīng)網(wǎng)絡的速度估計等等[3]。這些方法都能較好地解決了DTC系統(tǒng)的低速轉(zhuǎn)矩脈動，但是算法復雜，尤其是基于神經(jīng)網(wǎng)絡技術，目前理論發(fā)展尚不成熟，距離實際的應用尚需時日。本文采用一種改進的矢量細分調(diào)制技術[4-7]，不僅有效降低了系統(tǒng)低速運行時的轉(zhuǎn)矩脈動,而且保證了開關頻率的恒定，且更易于數(shù)字化實現(xiàn)。

1 改進的SVM直接轉(zhuǎn)矩控制

與傳統(tǒng)SVM利用六個非零空間電壓矢量把空間等分成了6個扇區(qū)相比，改進的SVM將非零空間電壓矢量進一步細分，達到了12個。此12個矢量將空間分為12個扇區(qū)，如圖1所示。在此基礎上，運用空間電壓矢量脈寬調(diào)制思想，在采用對稱規(guī)則采樣技術條件下，可以得到24個非零空間電壓矢量，控制系統(tǒng)根據(jù)目標空間電壓矢量的位置選擇與其相近的原始空間電壓矢量或是合成空間電壓矢量進行控制，由于空間電壓矢量間夾角更小，選擇的空間電壓矢量可以更加逼近目標空間電壓矢量，從而達到更好的控制效果。

圖1 SVM矢量扇區(qū)分布

圖2 對稱規(guī)則采樣矢量細分SVM波形圖

圖3 基于矢量細分的DTC_SVM控制系統(tǒng)

2 轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈計算原理

靜止坐標系下，電磁轉(zhuǎn)矩可以用電子電流與電子磁鏈矢量表示為如下形式：

定子磁鏈的實際估算方法采用u-i模型，其理論計算公式如下：

3 轉(zhuǎn)速估算

整個辨識算法的運算框圖如圖4所示。

基于MRAS的轉(zhuǎn)速辨識算法雖具有對電機轉(zhuǎn)子電阻變化完全不敏感性[8]，但還是受到電機其它參數(shù)變化的影響，對電機參數(shù)的辨識和估算工作還需進一步研究。

5 仿真和實驗分析

利用Matlab的Simulink仿真工具，對傳統(tǒng)DTC 和改進型DTC_SVM的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進行了仿真研究，異步電機參數(shù)為：P=3.0 kW, f=50 Hz, U=460 V, T=50Nm，=0.2 kg·m2, P=2,s=0.435，r=0.816，1s=2 mH，1r=2mH，m=69.31 mH，=150 r/min.

傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)低速運行時的磁鏈、轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速波形如圖5所示，改進型DTC_SVM技術的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)低速運行時的磁鏈、轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速波形如圖6所示。

系統(tǒng)仿真結(jié)果：比較傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)與基于SVM的DTC系統(tǒng)仿真結(jié)果圖，可以發(fā)現(xiàn)，基于SVM的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，改善了直接轉(zhuǎn)矩控制在低速階段的性能，定子磁鏈更逼近于圓形，低速時轉(zhuǎn)矩脈動更小，改善了低速轉(zhuǎn)矩脈動性，同時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速更加穩(wěn)定。

6 結(jié)論

從仿真結(jié)果可以看出，基于矢量細分的DTC_SVM將傳統(tǒng)的非零空間電壓矢量從6個細分到24個，相鄰空間電壓矢量間的夾角從60o減小到15o，較好的改善了磁鏈幅值、轉(zhuǎn)矩的低速運行特性。同時系統(tǒng)動態(tài)響應特性好，魯棒性好，仿真結(jié)果證實了該方法的可行性。

圖5 傳統(tǒng)DTC低速運行時磁鏈、轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果

圖6 改進DTC_SVM低速運行磁鏈、轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果

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An Improved DTC-SVM Method for Asynchronous Motor Control

Luo Xiaoli, Fan Guilin

(School of Physics and Electronic Information Engineering, Hubei Engineering University, Xiaogan 432000, Hubei, China)

TM343

A

1003-4862（2013）04-0044-03

2012-09-03

羅小麗(1980-)，女，碩士，講師。專業(yè)方向：電機調(diào)速。