矢量控制和直接轉矩控 制結合的異步電動機控制

    李春菊，蔡斌軍

(湖南工程學院，湖南湘潭411101)

    摘要：為實現異步電動機高性能驅動，提出，矢量控制和直接轉矩控制結合的控制策略。該控制策略結合矢量控制和直接轉矩控制的優點，將電流矢量控制和電壓矢量開關表結合，控制結構相對簡單，避免了兩種控制方法的一些實現難度。通過仿真模型，并將仿真結果與直接轉矩控制系統進行比較分析，結果證實了該控制策略的有效性。

    關鍵詞：矢量控制；直接轉矩控制；異步電動機；仿真

    中圖分類號：TM343  文獻標識碼：A  文章編號：1004—7018(2008)12—0055—04

0引  言   

    分別基于矢量控制和直接轉矩控制這兩種方法的異步電動機控制已趨于成熟_^[1]。這兩種控制都能使異步電動機達到優良的動態性能和精確的穩定狀態_[1-2]。盡管兩者之間有些相似性，但它們的實現方式并不相同。所以電機驅動性能的一些參數，如轉矩和磁鏈脈動、逆變器開關頻率，至少在原始的矢量控制和轉矩控制是很不相同。更重要的是，兩種控制方法的原理相差甚遠。到目前為止，這些差異主要集中在文獻[3—5]所提出的矢量控制和直接轉矩控制的比較分析上。兩種控制方式下的電機特性如轉矩、轉速和電流，定、轉子電阻變化的影響_[3]、以及磁通估計不準確所產生的影響_[6]都有區別。

    而通過尋找兩者的原理相似性，探求一個共同的理論基礎，使該理論基礎為兩者具有響應快速性和準確性的主要因素。從這個共同的理論基礎出發，產生一種新的控制方案來控制異步電動機使其具有較高的驅動性能。

1矢量控制和直接轉矩控制原理

1．1矢量控制

    矢量控制有不同的實現方案_[6]。而在所有方案中，都是通過定子電流矢量控制來控制電機轉矩和磁鏈。在旋轉坐標系中，定子電流矢量被分解為磁通電流分量和轉矩電流分量，分別為i_ds和i_qs.i_ds沿轉子磁鏈矢量方向而i_qs與i_ds呈垂直關系，如圖1所示。這就將磁通矢量控制從轉矩控制中解耦出來，可得轉矩方程^[2]：

式中：p為極數；L_m為定、轉子間的互感；L_r為轉子繞組電感；Ψ_qr為q軸轉子磁鏈；Ψd_r為d軸轉子磁鏈。

    由于q軸磁通為零，則轉矩方程簡化為：

式中：Ψ_dr=Ls    (3)

    取i_ds為常數，則轉矩線性依賴于i_qs,轉矩隨電流(i_qs)變化而作出快速響應。異步電動機定、轉子繞組電壓、磁鏈方程^[2]：

1．2直接轉矩控制

    在電機直接轉矩控制中，直接對轉矩和磁鏈進行控制而無需控制電流。基于定子和轉子磁鏈的轉矩表達式為^[2]：

式(11)表明轉矩的動態性依賴于y的變化。因此，快速地改變y就可獲得快速的直接轉矩控制。這可通過將適當的逆變電壓矢量作用于電機定子繞組使定子磁鏈矢量旋轉來實現，因為在一個極短的時間段△t內，電機電壓方程近似表示為：

    上式說明，磁鏈矢量Ψ_s的增量為電壓矢量V_s與時間增量的乘積，即它與逆變器的六個非零電壓矢量存在一定的對應關系。六個逆變電壓矢量可確定Ψ_s所在的方向和位置。

從式(13)中可看出，在△t時間段內，轉子磁鏈矢量對電壓矢量的響應是滯后的，因為它與式(13)中一次時滯的定子磁鏈矢量有關。