無刷直流電機直接轉矩控制系統的研究
尹中良，劉國海
（江蘇大學電氣信息工程學院，鎮江212013）
摘要：直接轉矩控制是一種高性能的電機控制方法，它能實現轉矩的快速響應，并且能有效的減小轉矩脈動，目前已經成熟的應用在三相異步電機和永磁同步電機上。文章利用在兩相靜止坐標系中轉子磁鏈分量對轉子位置角的變化率與定子電流分量的乘積來計算無刷直流電機的電磁轉矩對開關管采用120度導通時的空間電壓矢量進行了定義，并根據此定義制定開關表。仿真和試驗證明將直接轉矩控制應用于無刷直流電機(bn，shless dc motor，bldcm)上，同樣能夠實現轉矩響應快，轉矩脈動小的控制性能。
關鍵詞：無刷直流電機；直接轉矩控制；轉矩脈動；空間電壓矢量
中圖分類號：tm36 +1 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848( 2010) 04-0052-03
o引言
對電機的控制，本質上是對轉矩的控制，我們可以通過控制電流來控制轉矩，也可以直接控制電機的轉矩。目前，對無刷直流電機來說，大多是采用控制電流的辦法來控制轉矩，但沒有好的解決轉矩響應速度慢，轉矩脈動大的問題，也有采用優化pwm調制的方法實現消或減小開關管二二導通換相時的非導通相的電流脈動，從而消除或減少轉矩脈動，但這種控制方式只能消除或減小換相時的轉矩脈動，當負載突變時轉矩響應慢，也不能減小由此產生的轉矩脈動；文獻[5]提出了一種****電流勵磁控制方案，它能減小銅耗和轉矩脈動，但是它是基于d-q坐標變換，對轉矩的動態響應慢。
由于無刷直流電機的氣隙磁場是梯形波磁場，這不同于三相異步電機和永磁同步電機的正弦波磁場[6，8]；并且由于無刷直流電機本身的特性，控制時一般采用二二導通方式，因此將直接轉矩控制應用在無刷直流電機存在以下兩個困難：
①轉矩的計算公式不能采用三相異步或永磁同步電機的直接轉矩控制中的轉矩計算公式，需要重新推導。
②由于采用二二導通方式，空間電壓矢量的表示方式與三三導通不同，需要重新定義。
本文從以上兩個方面人手，建立無刷直流電機直接轉矩控制模型，并且進行仿真和試驗。
1無刷直流電機的直接轉矩控制
1.1轉矩估算和磁鏈觀測
一般來說，若忽略d-q軸之間的互感耦合無刷直流電機的電磁轉矩te在同步旋轉的d-q坐標系中可表示為：
式中ld、lq和id、iq分別是d軸和q軸的電感和電流嗎，ψrd、ψrq、ψsd、ψsq分別是轉子和定子在d軸和q軸上的磁鏈分量。
對于轉子磁鋼是面貼式的無刷直流電機來說，將其和式(2) -起代入式(1)并整理化簡可得無刷直流電機電磁轉矩在d-q坐標系中的計算公式
在兩相靜止坐標系中的表達式為
式中ψsα、ψsβ、ψrα、ψrβ分別是定子和轉子磁鏈在α-β軸上的分量，isα、isβ是定子電流在α-β軸上的額分量
磁鏈觀測采用電壓模型，三相定子磁鏈由式(6)來進行計算：
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