崔紅

【摘 要】本文針對特種電機(jī)中的高速電機(jī)控制系統(tǒng)采用了基于滑膜控制的無傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制策略以解決高速電機(jī)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩帶來的問題，研究了高速電機(jī)無傳感器的速度估算方法。建立了基于滑膜控制的無傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型，驗(yàn)證了該控制方法的可行性。

【關(guān)鍵詞】高速電機(jī)；滑膜控制；無傳感器；直接轉(zhuǎn)矩控制

中圖分類號： TM310 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）26-0045-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.26.018

0 引言

高速電機(jī)具有體積小、輸出功率大等特點(diǎn)，非常適合在高速銑床、壓縮機(jī)、水泵等系統(tǒng)中應(yīng)用。對于高速電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，由于在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上安裝復(fù)雜的傳感器比較困難，所以采用無傳感器控制方式非常必要[1]。為了解決傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩帶來的轉(zhuǎn)矩脈動大、開關(guān)頻率變化等問題[1]，本文提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應(yīng)快的基于滑膜控制的無傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制方式。

1 高速電機(jī)基于滑膜控制的無傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制

1.1 滑?？刂破髟O(shè)計(jì)方法

高速電機(jī)基于滑膜控制的無傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈?zhǔn)芑た刂破鞯目刂?，其輸出信號用于產(chǎn)生逆變器的控制信號以確保輸出的電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈能很好地跟蹤給定值。

結(jié)構(gòu)圖

高速電機(jī)的狀態(tài)方程可以通過靜止坐標(biāo)系α-β參考模型來建立。在基于滑膜控制的直接轉(zhuǎn)矩控制中，轉(zhuǎn)子位置信息包含在狀態(tài)方程中，不需要位置環(huán)就可以獲得精確的轉(zhuǎn)子位置信息，進(jìn)而確保高速電機(jī)能夠可靠啟動。

在本文的研究中把電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈給定值與檢測值的差值作為切換函數(shù)S，如式（1）：

切換函數(shù)的選擇原則是當(dāng)切換函數(shù)等于0時(shí)，使滑模運(yùn)動方式穩(wěn)定。采用指數(shù)趨近律能夠使系統(tǒng)在啟動時(shí)快速運(yùn)行到切換面，而當(dāng)滑模快接近切換面時(shí)速度減慢，進(jìn)而避免電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈產(chǎn)生較大的波動。

指數(shù)趨近律為：

式中J、K均為大于0的常數(shù)。將式（6）代入式（2），可得式（7）所示的控制律矩陣U：

靜止坐標(biāo)系α-β參考模型中的電壓矢量 可以計(jì)算出來，用于空間矢量的調(diào)制，能夠使開關(guān)頻率恒定。

1.2 轉(zhuǎn)子速度的估算

當(dāng)高速電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場的旋轉(zhuǎn)速度相同[3]。轉(zhuǎn)子速度可以通過速度估算得到。

（8）

式中Rs為定子電阻值，ωr為轉(zhuǎn)子的速度，ωs為電機(jī)定子磁場的速度。

2 系統(tǒng)仿真及結(jié)論

本文以PN=15kW，UN=380V，nN=20000r/min，p=1，定子電阻Rs=0.02，Ld=Lq=4mH的高速電機(jī)為被控對象，對上述提出的基于滑膜控制的無傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制策略進(jìn)行了仿真研究。仿真結(jié)果如圖2-圖5所示。

控制方式下的電磁轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速曲線

從圖中的仿真結(jié)果可以看出，與傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制相比，高速電機(jī)基于滑膜控制的無傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制方式的定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動更小，動態(tài)響應(yīng)和傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制一樣快。本文提出的基于滑膜控制的無傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制方式能夠?qū)崿F(xiàn)高速電機(jī)的無傳感器變速控制。電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和速度可以通過電機(jī)電壓和電流值估算出來。無傳感器控制策略特別適合于高速電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。

【參考文獻(xiàn)】

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