應用SVM的異步電動機直接轉矩控制仿真

    鄭黎明¹，畢廣明²，吳捷¹

(1華南理工大學，廣東廣州515640；2汕頭大學，廣東汕頭515063)

    摘要：為了減小傳統直接轉矩控制的磁鏈和轉矩脈動，采用參考電壓矢量計算模塊和空間電壓矢量調制(SVM)模塊取代滯環比較器和開關矢量表，并利用Matlab／Simulink仿真軟件建立矢量調制的異步電動機直接轉矩控制系統模型。磁鏈環節電壓矢量經過簡單計算得出，轉矩環節電壓矢量被有效的分解后由轉矩PI控制器和轉子轉速與定子磁鏈乘積給出。仿真結果表明，該直接轉矩控制系統設計正確，達到了良好的控制效果。

    關鍵詞：直接轉矩控制；參考電壓矢量；矢量調制；仿真

    中圈分類號：TM346  文獻標識碼：A  文章編號：1004—7018(2008)05—0049—03

0引  言

    直接轉矩控制技術控制方法簡單、轉矩響應快、魯棒性好、且便于數字化實現，但低速區存在較大磁鏈和轉矩脈動。文獻[1]提出許多改進和解決方案，比如縮短控制周期、細化開關矢量表，而采用空間電壓矢量調制的控制方法表現尤為突出。

    空間矢量調制的直接轉矩控制方法重點在于參考電壓矢量的計算。無差拍方法是由T．G．Hahetler提出，主要思想是在一個采樣周期內得到轉矩的給定值與反饋值之差，求解出使轉矩誤差和磁鏈誤差為零的空間電壓矢量。文獻[2]通過求解基于電機方程的磁鏈及轉矩的二次方程獲得參考電壓矢量，計算復雜，依賴于電機參數。文獻[3]是在定子磁鏈參考坐標系下，磁鏈和轉矩的分別控制的無差拍方法，計算復雜度降低，仍依賴于電機參數。為了簡化計算，文獻[4]在定子磁鏈參考坐標系下，采用雙PI控制器直接獲取電壓參考矢量，計算量減小，但PI參數整定復雜。磁鏈矢量偏差法是通過快速改變每個周期內定子磁鏈轉過的角度控制轉矩，維持磁鏈幅值恒定，利用角度和幅值變化合成參考電壓矢量。文獻[5]是通過轉矩的變化率與轉差突變近似成比例，利用PI調節器獲得角度變化量。文獻[6]是從電機基本方程出發，精確推導得出角度變化量。同樣，利用非線性方法和智能控制能夠很好的獲得電壓參考矢量，文獻[7]利用滑模變結構控制方法得到。

    本文從直接轉矩控制的基本原理出發，在定子磁鏈參考坐標系下，基于磁鏈和轉矩的分別控制的無差拍方法，把參考電壓矢量有效分解后采用相應的調節方法獲得，更好地包含了磁鏈和轉矩信息，有效減小了磁鏈和轉矩脈動。

1異步電動機模型

    旋轉參考坐標系下，異步電動機模型是：

式中：u_s、i_s和λ_s為定子電壓矢量、電流矢量和磁鏈矢量，i_s和λ_s為轉子電流矢量和磁鏈矢量，R_s和L_s為定子電阻和電感，R_r和L_r為轉子電阻和電感，L_m為互感，ω_ref和ω_r為參考坐標系轉速和轉子轉速，p為電機極對數，T_e為電磁轉矩，下標s、r和d、g代表定子和轉子分量及兩相坐標系下分量。

2.DTC—SVM控制方法

2．1 DTc—sVM基本原理

    sVM是在一個控制周期內，按照sVM算法，在不同的扇區內，從逆變器的8個基本空間電壓矢量中選擇合適的矢量來合成目標矢量。如圖1所示。

U_ref為參考電壓矢量，U₁、U₂為相鄰電壓矢量，T₀、T₁、T₂分別是一個控制周期T中零矢量和相鄰矢量的作用時間。由平行四邊形法則得出，各扇區電壓矢量合成原理如下[2]：

特別地，參考電壓矢量較大，即T₁+T₂>T時，取

     DTc—sVM是通過保持定子磁鏈幅僮基本恒定，快速改變定轉子磁鏈之問轉差的直接轉矩控制來獲得參考電壓矢量，這個參考電壓矢量包含磁鏈控制和轉矩控制的信息，以svM取代基本的開關矢量表去合成目標矢量實現電機控制。

2.2改進無