劉小勇,鄭愛(ài)紅,蔣峰,昝鑫,曹建福

(西安交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院,710049,西安)

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一種提高異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩性能的直接轉(zhuǎn)矩控制方法

劉小勇,鄭愛(ài)紅,蔣峰,昝鑫,曹建福

(西安交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院,710049,西安)

針對(duì)傳統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法中存在的磁鏈控制不對(duì)稱(chēng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大的問(wèn)題,提出了一種優(yōu)化的異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法。該方法通過(guò)重新劃分電壓矢量對(duì)定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩作用的影響范圍,改進(jìn)了電壓矢量選擇表,使轉(zhuǎn)矩和磁鏈變化時(shí)能正確選擇所需電壓矢量,以減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),從而避免了傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制方法在選取電壓矢量時(shí),忽略轉(zhuǎn)矩增加的必要條件和磁鏈變化的臨界條件的問(wèn)題;通過(guò)求解轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)公式,推導(dǎo)出最佳轉(zhuǎn)矩誤差值,提出了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)全局最小條件下的占空比計(jì)算方法,進(jìn)一步優(yōu)化了轉(zhuǎn)矩性能,并給出了定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的控制推導(dǎo)公式。仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所提方法比傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制策略的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度提高了約30%,同時(shí)轉(zhuǎn)矩及電流脈動(dòng)減小,磁鏈控制更接近圓形軌跡,具有工程實(shí)用價(jià)值。

異步電動(dòng)機(jī);直接轉(zhuǎn)矩控制;轉(zhuǎn)矩脈動(dòng);電壓矢量;占空比

直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中不斷地進(jìn)行優(yōu)化和提高,但還沒(méi)有完善,其顯著的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大、低速控制性能較差,制約了其在高性能調(diào)速領(lǐng)域的應(yīng)用。

DTC方法摒棄了矢量控制中解耦的思想,根據(jù)定子磁鏈的位置、定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的誤差,采用滯環(huán)比較器和開(kāi)關(guān)邏輯表,直接生成作用于電機(jī)的定子電壓矢量,以驅(qū)動(dòng)電機(jī)。DTC方法因其具有對(duì)電機(jī)模型參數(shù)依賴程度小的優(yōu)點(diǎn),已成為交流傳動(dòng)的新熱點(diǎn),但它的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大、開(kāi)關(guān)頻率不固定等[1]。為了克服傳統(tǒng)DTC方法的缺點(diǎn),已提出了很多方法,包括空間矢量調(diào)制(SVW)技術(shù)[2-3]、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小化方法[4-5]、模糊邏輯自適應(yīng)方法[6]、在一個(gè)周期使轉(zhuǎn)矩平均與參考值逼近方法[7]等,但這些方法依賴多項(xiàng)電機(jī)參數(shù),很難在實(shí)際中應(yīng)用。

在DTC方法中,定子電壓矢量用于驅(qū)動(dòng)電機(jī),決定著轉(zhuǎn)矩和磁鏈軌跡的變化,所以其選擇表尤為重要。傳統(tǒng)的DTC方法在考慮定子電阻壓降的影響時(shí),其區(qū)間的電壓選擇不精確,且當(dāng)定子磁鏈處于區(qū)段線附近時(shí)控制性能變差[8]。文獻(xiàn)[9]對(duì)此進(jìn)行了一些探討,提出實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)考慮定子電阻壓降的影響。本文在此基礎(chǔ)上分析了電壓矢量對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的影響,進(jìn)一步提出轉(zhuǎn)矩增加的前提條件和磁鏈變化的臨界條件,從而優(yōu)化了電壓矢量選擇表,使轉(zhuǎn)矩和磁鏈變化時(shí)能正確選擇所需電壓矢量,以減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng);同時(shí)根據(jù)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)公式,推導(dǎo)出最佳轉(zhuǎn)矩誤差值,得到在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)全局最小條件下的占空比計(jì)算方法。仿真與實(shí)驗(yàn)證明了理論分析的正確性和有效性,在加快系統(tǒng)響應(yīng)的同時(shí)減小了轉(zhuǎn)矩和電流脈動(dòng),改善了調(diào)速性能。

1 直接轉(zhuǎn)矩控制原理

直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是將電機(jī)與逆變器作為一個(gè)整體,在定子坐標(biāo)系下,利用空間電壓矢量分析法觀測(cè)磁鏈和轉(zhuǎn)矩值,綜合定子磁鏈的位置、定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的誤差,通過(guò)滯環(huán)比較器和開(kāi)關(guān)邏輯表,直接生成系統(tǒng)所需的瞬時(shí)定子電壓矢量,來(lái)控制定子磁鏈的運(yùn)動(dòng),以迅速改變負(fù)載角,實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的直接控制。

us為定子電壓空間矢量;is為定子電流空間矢量;ir為轉(zhuǎn)子電流空間矢量;Ψs為定子磁鏈空間矢量;Ψr為轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量;Rs為定子電阻;Rr為轉(zhuǎn)子電阻;Ll為漏電感;L為主電感;ω為角速度圖1 異步電動(dòng)機(jī)的空間矢量等效電路圖

運(yùn)用直接轉(zhuǎn)矩控制對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制,其空間矢量等效圖[10]如圖1所示。首先分析異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型,異步電動(dòng)機(jī)定子方程為

(1)

轉(zhuǎn)子方程為

(2)

磁鏈方程為

(3)

(4)

轉(zhuǎn)矩方程為

(5)

或

(6)

式中:D為微分符號(hào);np是電機(jī)極對(duì)數(shù);θ是磁通角(rad)。

電機(jī)運(yùn)動(dòng)方程

(7)

式中:TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩;J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

由式6可見(jiàn),正確控制磁鏈?zhǔn)寝D(zhuǎn)矩控制的關(guān)鍵,下面分析電壓矢量如何作用于磁鏈和轉(zhuǎn)矩。

2 電壓矢量對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩作用范圍

根據(jù)式(5),施加不同的電壓矢量,對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的作用是不同的,力矩在定子側(cè)可表示為

(8)

兩邊求導(dǎo)并同時(shí)乘以Ll得到

(9)

根據(jù)圖1可知

(10)

結(jié)合式(10)以及式(2)、(4),可推導(dǎo)出

(11)

磁鏈與電壓、電流的關(guān)系式為

(12)

將式(11)、(12)代入式(9),得

(13)

式中:Rm=((1+Ll/L)Rs+Rr。

根據(jù)式(13),當(dāng)轉(zhuǎn)矩增加時(shí),即dTe/dt>0,

np|Ψs||us|sinθ2>npωΨs·Ψr+RmTe

(14)

在直接轉(zhuǎn)矩控制中,對(duì)電流進(jìn)行限制的情況下,轉(zhuǎn)子磁鏈與定子磁鏈很接近,在負(fù)載不超過(guò)額定負(fù)載很多時(shí),可以認(rèn)為Ψs≈Ψr[9],那么,式(13)近似為

即當(dāng)Ψs和us的夾角大于θ2時(shí),才能使轉(zhuǎn)矩增加。θ2可表示為

(15)

由定子電壓式(1)可知

(16)

式中:Es為定子反電勢(shì)矢量。

定子電壓矢量和反電勢(shì)矢量的夾角θ1為

(17)

根據(jù)式(16),ΔΨs和Es的方向一致,即定子電壓矢量與ΔΨs的夾角為θ1。當(dāng)電壓矢量與磁鏈夾角為(90°-θ1)時(shí),考慮定子電阻壓降的影響,此時(shí)實(shí)際的ΔΨs與磁鏈夾角為90°,如圖2所示,由于Ψs+1=Ψs+ΔΨs,因此此時(shí)得到的磁鏈Ψs+1幅值(為三角形的斜邊)最大。文獻(xiàn)[7]以此刻為影響范圍的臨界劃分點(diǎn),應(yīng)當(dāng)以|Ψs+1|=|Ψs|時(shí),電壓矢量與磁鏈所成夾角為劃分點(diǎn)。

圖2 電壓矢量與磁鏈夾角為90°-θ1時(shí)的各矢量關(guān)系圖

|Ψs+1|=|Ψs|時(shí)的矢量圖如圖3所示,設(shè)此時(shí)ΔΨs與Ψs的夾角為θ3,即Es與Ψs的夾角為θ3,電壓矢量us與Ψs的夾角為(θ3-θ1),根據(jù)余弦定理,可得

(18)

(19)

其余3個(gè)象限夾角范圍的臨界劃分與第一象限的分析相同。綜合θ1、θ2、θ3的影響,可得改進(jìn)的電壓矢量對(duì)定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的影響范圍如圖4和表1所示。

圖3 |Ψs+1|=|Ψs|時(shí)定子磁鏈空間矢量關(guān)系圖

圖4 改進(jìn)的電壓矢量對(duì)定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的影響范圍

電壓矢量與磁鏈的夾角范圍電壓矢量對(duì)磁鏈的作用電壓矢量對(duì)轉(zhuǎn)矩的作用θ2～θ3-θ1增大增大θ3-θ1～180°-θ2減小增大180°-θ2～360°-θ3-θ1減小減小360°-θ3-θ1～360°+θ2增大減小

3 改進(jìn)的電壓矢量選擇表

12區(qū)段磁鏈閉環(huán)直接轉(zhuǎn)矩控制是將傳統(tǒng)的6區(qū)段再劃分,每區(qū)段為30°,并且以(-15°,15°)為第1區(qū)段,用S1表示,控制定子磁鏈按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。采用12區(qū)段(S1～S12)控制,增加和減小磁鏈的兩電壓矢量對(duì)磁鏈幅值的影響是比較對(duì)稱(chēng)的,可大大減小轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)[11]。根據(jù)以上電壓矢量對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的影響,可以分析出12區(qū)段的電壓矢量選擇表,如表2所示,磁鏈和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器都采用雙位調(diào)節(jié)器,Ψ和τ分別表示磁鏈和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的輸出。Ψ=0表示要減小磁鏈,Ψ=1表示要增加磁鏈,τ=0表示要減小轉(zhuǎn)矩,τ=1表示要增加轉(zhuǎn)矩。

表2 改進(jìn)的12區(qū)段直接轉(zhuǎn)矩控制電壓矢量選擇表

4 優(yōu)化的占空比計(jì)算方法

以定子和轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶繛闋顟B(tài)變量的異步電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)變量形式為

(20)

式中:σ為電機(jī)漏磁系數(shù)。電磁轉(zhuǎn)矩為

(21)

在一個(gè)控制周期tsp內(nèi),定子和轉(zhuǎn)子的磁鏈在(k+1)采樣點(diǎn)可表示為

(22)

(23)

將式(22)、(23)代入式(21)的離散形式,通過(guò)施加一個(gè)非零電壓矢量,轉(zhuǎn)矩在(k+1)時(shí)刻的增量為

(24)

式中

(25)

同理,在一個(gè)周期tsp內(nèi),通過(guò)施加一個(gè)零電壓矢量,轉(zhuǎn)矩在(k+1)時(shí)刻的減小量為

(26)

式中

(27)

那么轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)誤差可以表示為

(28)

在一個(gè)控制周期tsp內(nèi),若非零矢量usk和零矢量u0分別作用的時(shí)間為ts和(tsp-ts),那么

(29)

電壓矢量usk作用的最優(yōu)時(shí)間滿足以下方程

(30)

解方程(30),可以得到

(31)

注意到轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)方程(29)也是關(guān)于轉(zhuǎn)矩誤差初始值的方程,那么必定存在一個(gè)最佳轉(zhuǎn)矩誤差初始值Terror_t0(opt)滿足以下方程

(32)

解方程(32),可得

(33)

占空比如下

(34)

(35)

式(35)是通過(guò)最佳轉(zhuǎn)矩誤差計(jì)算所得,滿足轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)全局最小條件,保證了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩性能。

5 仿真和結(jié)果分析

5.1 仿真結(jié)果分析

在Matlab/Simulink的環(huán)境下,建立異步電動(dòng)機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)模型。在相同的條件下,將傳統(tǒng)DCT方法和本文提出的改進(jìn)方法進(jìn)行了仿真對(duì)比。采用的異步電動(dòng)機(jī)參數(shù):功率為15 kW,額定電壓為400 V,額定頻率為50 Hz,額定轉(zhuǎn)速為1 460 r/min,電機(jī)的定子電阻為0.214 7 Ω,給定磁鏈為0.7 Wb,磁鏈容差為0.001 Wb,轉(zhuǎn)矩容差為0.1 N·m。在兩種情況下進(jìn)行了對(duì)比。首先,給定空載轉(zhuǎn)速的情況下,設(shè)電機(jī)的初始轉(zhuǎn)速為400 r/min、0.3 s時(shí)轉(zhuǎn)速為200 r/min、0.6 s時(shí)轉(zhuǎn)速為800 r/min;其次,給定初始負(fù)載轉(zhuǎn)矩為20 N·m、0.3 s時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為40 N·m、0.6 s時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為20 N·m,轉(zhuǎn)速恒定為400 r/min,對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行分析,仿真結(jié)果如下。

當(dāng)電機(jī)空載且恒定轉(zhuǎn)速時(shí),與傳統(tǒng)DTC方法相比,本文新DTC方法中的磁鏈更光滑,脈動(dòng)更小,尤其在高轉(zhuǎn)速時(shí)更加明顯,如圖5所示。

(a)傳統(tǒng)DTC控制(轉(zhuǎn)速為140 r/min) (b)新DTC控制(轉(zhuǎn)速為140 r/min)

(c)傳統(tǒng)DTC控制(轉(zhuǎn)速為1 400 r/min) (d)新DTC控制(轉(zhuǎn)速為1 400 r/min)圖5 2種控制方法在電機(jī)空載且恒定轉(zhuǎn)速時(shí)的定子磁鏈的空間分布圖

當(dāng)給定轉(zhuǎn)速時(shí),電機(jī)空載啟動(dòng)和轉(zhuǎn)速突變兩種情況下,本文新DTC方法的響應(yīng)速度分別提高到約63%和96%。如圖6所示。

(a)傳統(tǒng)DTC控制(電機(jī)啟動(dòng)時(shí)) (b)新DTC控制(電機(jī)啟動(dòng)時(shí))

(c)傳統(tǒng)DTC控制(電機(jī)轉(zhuǎn)速由400降到200 r/min) (d)新DTC控制(電機(jī)轉(zhuǎn)速由400降到200 r/min)圖6 2種控制方法在電機(jī)空載和轉(zhuǎn)速突變時(shí)的轉(zhuǎn)速波形圖

給定轉(zhuǎn)速、電機(jī)空載啟動(dòng)時(shí),新DTC方法的電機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間縮短了約30%,如圖7所示。

(a)傳統(tǒng)DTC控制 (b)新DTC控制圖7 2種控制方法在電機(jī)空載且給定轉(zhuǎn)速時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩波形圖

給定負(fù)載時(shí),新DTC方法中,轉(zhuǎn)矩紋波更小,且當(dāng)轉(zhuǎn)矩突變時(shí),系統(tǒng)響應(yīng)更快,如圖8所示。

給定負(fù)載電機(jī)啟動(dòng)時(shí),新DTC方法中的轉(zhuǎn)速響應(yīng)時(shí)間縮短了約28%,如圖9所示。

5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)際測(cè)試中,電機(jī)參數(shù):PN=2 kW,n=1 450 r/min,TN=14 N·m,RS=2.33 Ω,LS=0.299 4 H,Rr=2.12 Ω,Lr=0.300 7 H,Lm=0.286 6 H,負(fù)載為200 N·m,通過(guò)38∶1的減速機(jī)連接到電機(jī)軸上,實(shí)測(cè)電機(jī)A相的電流波形圖如圖10所示。

(a)傳統(tǒng)DTC控制 (b)新DTC控制

(c)傳統(tǒng)DTC(轉(zhuǎn)矩由20升到40 N·m) (d)新DTC(轉(zhuǎn)矩由20升到40 N·m)圖8 2種控制方法給定負(fù)載時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩波形圖

(a)傳統(tǒng)DTC控制 (b)新DTC控制圖9 2種控制方法在給定負(fù)載電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速波形圖

(a)傳統(tǒng)DTC控制 (b)新DTC控制圖10 2種控制方法在給定負(fù)載、轉(zhuǎn)速恒定時(shí)電機(jī)的啟動(dòng)電流波形圖

(a)傳統(tǒng)DTC控制 (b)新DTC控制圖11 2種控制方法在給定負(fù)載、轉(zhuǎn)速恒定時(shí)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的電流波形截屏圖

由圖10及圖11可知,給定負(fù)載時(shí),新DTC方法中的電流響應(yīng)速度更快,電流曲線更平滑,脈動(dòng)更小。

仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法的系統(tǒng)磁鏈波動(dòng)更小,且可以很好地跟蹤電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩,不僅響應(yīng)快而且脈動(dòng)小,電流更加平滑,無(wú)論在啟動(dòng)時(shí)刻,還是負(fù)載突變時(shí)刻都有更好的控制性能。

6 結(jié)束語(yǔ)

異步電動(dòng)機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法對(duì)定子磁鏈的區(qū)間判斷要求嚴(yán)格,選擇的定子電壓矢量決定著系統(tǒng)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩將增加或減小,進(jìn)而決定了控制系統(tǒng)的性能好壞。本文通過(guò)分析定子電阻壓降的影響以及磁鏈和轉(zhuǎn)矩控制公式,提出轉(zhuǎn)矩增加的前提條件和磁鏈變化的臨界條件,重新確定電壓矢量對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的作用范圍,優(yōu)化電壓矢量選擇表;在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)全局最小的條件下,得到改進(jìn)的占空比計(jì)算方法。仿真和實(shí)驗(yàn)分析表明,基于以上兩點(diǎn)提出的直接轉(zhuǎn)矩控制方法具有更好的控制精度和跟隨性能,達(dá)到了優(yōu)化轉(zhuǎn)矩的目的。

[1] 楊家強(qiáng), 黃進(jìn). 基于轉(zhuǎn)矩預(yù)測(cè)的異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制研究 [J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 39(9): 1277-1281. YANG Jiaqiang, HUANG Jin. Research on direct torque control of induction machine based on torque prediction [J]. Journal of Zhejiang University, 2005, 39(9): 1277-1281.

[2] GAO H, DAS S, WU B. A space vector modulation based direct torque control scheme for a current source inverter fed induction motor drive [C]∥Proceedings of the 41st Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. Piscataway, NJ, USA: IEEE, 2015: 1307-1312.

[3] SUMAN K, SUNEETA K, SASIKALA M. Direct torque controlled induction motor drive with space vector modulation fed with three-level inverter [C]∥Proceedings of the IEEE International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems. Piscataway, NJ, USA: IEEE, 2012: 1-6.

[4] KANG J K, SUL S K. New direct torque control of induction motor for minimum torque ripple and constant switching frequency [J]. IEEE Transactions on Industry Applications, 1999, 35(5): 1076-1082.

[5] ADAM A A, GULEZ K, ALISKAN I, et al. Steering DTC algorithm for IPMSM used in electrical vehicle (EV)-with fast response and minimum torque ripple [C]∥Proceedings of the 11th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control. Piscataway, NJ, USA: IEEE, 2010: 279-283.

[6] ZHAO Shuai, YU Haisheng, YU Jinpeng, et al. Induction motor DTC based on adaptive SMC and fuzzy control [C]∥Proceedings of the 2015 27th Chinese Control and Decision Conference. Piscataway, NJ, USA: IEEE, 2015: 4474-4479.

[7] 吳曉東, 南余榮. 無(wú)速度傳感器十二區(qū)段直接轉(zhuǎn)矩控制 [J]. 機(jī)電工程, 2008, 25(3): 46-48. WU Xiaodong, NAN Yurong. Twelve section without speed sensor [J]. Mechanical and Electrical Engineering, 2008, 25(3): 46-48.

[8] ESSAADI M, KHAFALLAH M, SAAD A, et al. A comparative analysis between conventional and new direct torque control strategies of induction machine [C]∥Proceedings of the 2014 2nd World Conference on Complex Systems. Piscataway, NJ, USA: IEEE, 2014: 350-354.

[9] 廖曉鐘, 邵立偉. 直接轉(zhuǎn)矩控制的十二區(qū)段控制方法 [J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2006, 26(6): 167-173. LIAO Xiaozhong, SHAO Liwei. Twelve section control method for direct torque control [J]. Chinese Journal of Electrical Engineering, 2006, 26(6): 167-173.

[10]李夙. 異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 [M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1994: 5-7.

[11]FLACH E, HOFFMANN R, MUTSCHLER P. Direct mean torque control of an induction motor [EB/OL]. (2008-11-19) [2015-04-11]. http:∥tubiblio.ulb.tu-darmatadt.de/12940.

[12]ZHANG Yongchang, ZHU Jianguo. Direct torque control of permanent magnet synchronous motor with reduced torque ripple and commutation frequency [J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2011, 26(1): 235-248.

[本刊相關(guān)文獻(xiàn)鏈接]

王悍梟,劉凌,吳華偉.改進(jìn)型滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)無(wú)傳感器控制策略.2016,50(6):104-109.[doi:10.7652/xjtuxb201606016]

常雪劍,彭博,劉凌,等.新型非奇異終端滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)無(wú)傳感器控制.2016,50(1):85-91.[doi:10.7652/xjtuxb201601014]

李彪,李黎川.新型磁鏈觀測(cè)算法及其在永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制中的應(yīng)用.2015,49(11):102-109.[doi:10.7652/xjtuxb201511017]

常雪劍,劉凌,崔榮鑫.永磁同步電機(jī)非奇異快速終端可變邊界層滑模控制.2015,49(6):53-59.[doi:10.7652/xjtuxb 201506009]

郭偉,王躍,李寧.永磁同步電機(jī)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電控制策略.2014,48(10):60-65.[doi:10.7652/xjtuxb201410010]

(編輯 劉楊)

A Direct Torque Control Method for Inductive Motor with Torque Optimization

LIU Xiaoyong,ZHENG Aihong,JIANG Feng,ZAN Xin,CAO Jianfu

(School of Electronic and Information Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China)

A direct torque control method for optimizing the torque performance of inductive motors is proposed to address the issues that the flux control is asymmetric and the torque ripple is large in the traditional direct torque control. First, the voltage vector selection table is improved by redividing the range of the effects caused by voltage vectors on the stator flux and electromagnetic torque, and the required voltage vector is selected to reduce the torque ripple when the torque and the flux linkage change. The method considers the necessary condition that the torque increases and the critical condition that the flux changes when the voltage vector is selected. Moreover, the optimal torque error is derived from the torque ripple formula, and the duty cycle calculation is presented under the condition of the global minimum torque ripple. Then the control formula of stator flux and electromagnetic torque is given. Experimental results and a comparison with the traditional direct torque control method show that the dynamic response of the system is improved by 30%, the torque and the current ripple are reduced, and the flux linkage control is more close to the circular trajectory. It is concluded that the proposed method is applicable to engineering.

inductive motor; direct torque control; torque ripple; voltage vector; duty ratio

2016-04-11。 作者簡(jiǎn)介:劉小勇(1972—),男,副教授。 基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61573272)。

時(shí)間:2016-10-10

10.7652/xjtuxb201612003

TM921.51

A

0253-987X(2016)12-0012-07

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http: ∥www.cnki.net/kcms/detail/61.1069.T.20161010.1753.006.html