永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)研究.pdf

1、永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制有著優(yōu)異的動(dòng)態(tài)性能，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和航空航天中均有應(yīng)用。論文以舵機(jī)負(fù)載模擬系統(tǒng)和高頻響彈載電動(dòng)舵機(jī)伺服系統(tǒng)為主要研究背景，以保證永磁同步電機(jī)的優(yōu)異轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)性能為前提，以提高永磁同步電機(jī)的伺服性能為目標(biāo)，研究了永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中的相關(guān)問(wèn)題，論文的主要研究工作和貢獻(xiàn)如下：
　　1.直接轉(zhuǎn)矩控制在永磁同步電機(jī)中的應(yīng)用，目前還沒(méi)有如同矢量控制那般廣泛，控制策略一般采用定子磁鏈幅值恒定的方法，也有部分文獻(xiàn)提出采

2、用最大轉(zhuǎn)矩電流比的控制策略。本文考慮到彈載系統(tǒng)中對(duì)重量和體積的苛刻要求，提出了一種永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制下單位功率因數(shù)運(yùn)行的方法，該方法可以降低電機(jī)對(duì)逆變器容量的需求，進(jìn)一步降低了逆變器的重量和體積。同時(shí)，考慮到直接轉(zhuǎn)矩控制本身沒(méi)有電流環(huán)，無(wú)法像矢量控制那樣直接對(duì)電流進(jìn)行限制，給出了限制定子電流的詳細(xì)計(jì)算方法。仿真結(jié)果表明該方法在使永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)單位功率因數(shù)運(yùn)行的同時(shí)，沒(méi)有損失直接轉(zhuǎn)矩控制自身的轉(zhuǎn)矩快速性。
　　2

3、.由于齒槽轉(zhuǎn)矩、紋波轉(zhuǎn)矩、電流的偏置與放大誤差等導(dǎo)致永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中存在周期性轉(zhuǎn)速脈動(dòng)，這嚴(yán)重影響了高頻響彈載電動(dòng)舵機(jī)伺服系統(tǒng)的速度伺服性能。針對(duì)這一問(wèn)題，提出在傳統(tǒng) PI速度控制器中增加迭代學(xué)習(xí)控制的方法，通過(guò)迭代學(xué)習(xí)控制在線補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩給定來(lái)抑制周期性轉(zhuǎn)速脈動(dòng)，并證明了該方法的收斂性。本方法是對(duì)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制改進(jìn)的有益嘗試，目的是為了在保留直接轉(zhuǎn)矩優(yōu)異動(dòng)態(tài)性能的基礎(chǔ)上，抑制周期性的轉(zhuǎn)速脈動(dòng)，拓展直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在永磁同步

4、電機(jī)高性能速度或位置伺服中的應(yīng)用能力。
　　3.以舵機(jī)負(fù)載模擬系統(tǒng)為研究背景，針對(duì)加載電機(jī)在高轉(zhuǎn)速高負(fù)載情況下容易失步的問(wèn)題，分析了傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制無(wú)法避免電機(jī)失步的原因，提出了一種有限控制集合模型預(yù)測(cè)直接轉(zhuǎn)矩控制的方法來(lái)解決失步問(wèn)題。本文提出了一種永磁同步電機(jī)狀態(tài)空間預(yù)測(cè)模型精確離散化的方法，提高了預(yù)測(cè)精度，且模型計(jì)算量小，可以在線計(jì)算；針對(duì)預(yù)測(cè)過(guò)程中的延時(shí)問(wèn)題進(jìn)行了補(bǔ)償；通過(guò)在評(píng)價(jià)函數(shù)中增加負(fù)載角限制函數(shù)解決了失步問(wèn)題。本文對(duì)

5、該方法進(jìn)行了仿真研究，并搭建了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性。該方法有效地解決了永磁同步電機(jī)的失步問(wèn)題，并且在該方法下永磁同步電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)精度均優(yōu)于傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制，該方法的提出將為拓展直接轉(zhuǎn)矩控制在永磁同步電機(jī)中的應(yīng)用提供有力支撐。
　　4.針對(duì)電流測(cè)量過(guò)程中的偏置誤差和比例誤差所帶來(lái)的周期性轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提出了一種在有限控制集合模型預(yù)測(cè)直接轉(zhuǎn)矩控制上增加迭代學(xué)習(xí)補(bǔ)償?shù)姆椒?br>　　來(lái)抑制轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。本文分析了連

6、續(xù)控制集合模型預(yù)測(cè)直接轉(zhuǎn)矩控制的設(shè)計(jì)過(guò)程，并利用矢量量化算子將連續(xù)控制集合優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)為有限控制集合優(yōu)化問(wèn)題。然后，利用迭代學(xué)習(xí)控制對(duì)電流測(cè)量誤差進(jìn)行在線補(bǔ)償，并證明了方法的收斂性。該方法中，模型預(yù)測(cè)控制側(cè)重給定軌跡的跟蹤，而迭代學(xué)習(xí)控制側(cè)重對(duì)周期性干擾的抑制，本文進(jìn)行了仿真研究，驗(yàn)證了方法的有效性。采用該方法，系統(tǒng)可以保留直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)異動(dòng)態(tài)性能，且在抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)后，轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)態(tài)精度也有所提高。無(wú)論是針對(duì)舵機(jī)負(fù)載模擬系統(tǒng)類似的力矩伺服，