永磁同步電動機直接轉矩控制策略研究.pdf

1、永磁同步電動機具有高轉矩慣量比、高功率因數(shù)以及高效率等優(yōu)秀特性，在高性能電氣傳動控制系統(tǒng)中得到了越來越多的應用。直接轉矩控制是一種高性能的電動機控制方法，具有控制結構簡單，動態(tài)響應快速的優(yōu)點，但是它也存在轉矩和磁鏈波動大，開關頻率不恒定的缺點。為此，本文對永磁同步電動機直接轉矩控制進行了深入研究。
　　本文首先建立了永磁同步電動機的動態(tài)數(shù)學模型，在此基礎上結合電壓矢量對轉矩和定子磁鏈的控制作用，闡述了永磁同步電動機直接轉矩控制的基

2、本原理和結構。通過轉矩和磁鏈的離散方程，推導出轉矩變化率和磁鏈變化率關系式，討論了它們與電動機參數(shù)、控制周期以及直流電壓的變化關系。
　　在實際的離散控制情況下，電動機轉矩會超過滯環(huán)控制器的邊界，表現(xiàn)出較大的波動。本文在分析滯環(huán)控制缺點的基礎上，基于模糊控制理論對傳統(tǒng)滯環(huán)結構進行改進。應用模糊控制器取代滯環(huán)控制器和開關矢量表，將轉矩誤差、磁鏈誤差作為模糊輸入量，利用隸屬度的概念判斷轉矩誤差和磁鏈誤差的偏差程度，進而選擇合適的電壓矢

3、量，可以減小轉矩波動。另外，提出了一種模糊占空比直接轉矩控制方法，在傳統(tǒng)滯環(huán)結構的基礎上加入模糊占空比控制器。由于模糊占空比控制器考慮了電動機轉速的影響，因此在減小轉矩波動的基礎上，可以有效消除轉矩的穩(wěn)態(tài)誤差。通過仿真驗證了所設計的模糊控制器的有效性。
　　基于空間矢量調(diào)制的直接轉矩控制，可以在有效減小轉矩波動的同時，獲取恒定的開關頻率。本文對基于參考磁鏈矢量計算的直接轉矩控制的原理進行了詳細分析，通過對非線性的轉矩方程進行局部線

4、性化，獲取了轉矩環(huán)控制模型，由此對轉矩環(huán)控制器參數(shù)進行了設計。另外，對基于定子磁鏈定向的直接轉矩控制原理進行了分析，并設計了轉矩環(huán)控制器和磁鏈環(huán)控制器的參數(shù)。通過仿真驗證了所設計的方案可以有效減小轉矩波動，并證明了所提出控制器參數(shù)設計方法的有效性。
　　永磁同步電動機本質上是一個復雜的非線性、多參數(shù)控制對象，同時受到不確定負載擾動的作用。為了有效利用永磁同步電動機的非線性特性實現(xiàn)對其的高性能控制，本文提出了滑模反步直接轉矩控制策略

5、。利用指數(shù)趨近律設計了滑模速度控制器，有效抑制了外部擾動的影響，并通過建立轉矩和磁鏈子系統(tǒng)，設計了反步控制器，實現(xiàn)了轉矩和磁鏈的解耦控制。通過李雅普諾夫穩(wěn)定性定理，證明了所設計的非線性控制器是穩(wěn)定的。通過仿真驗證了所提出的控制策略的正確性和有效性。
　　針對永磁同步電動機無速度傳感器直接轉矩控制，對傳統(tǒng)滑模觀測器的原理和結構進行了分析。由于傳統(tǒng)滑模觀測器需要使用低通濾波器對觀測到的反電動勢項進行濾波，并對估算角度進行相應的補償，故

6、結構復雜且精度有限。在此基礎上，本文使用sigmoid連續(xù)函數(shù)代替了開關函數(shù)，避免了使用濾波器對觀測精度造成的影響，并結合反電動勢觀測器設計了一種改進的滑模觀測器。仿真結果表明，所設計的改進滑模觀測器能準確的實現(xiàn)對轉子位置和轉速的觀測。
　　最后以TI公司TMS320F28335為核心處理單元搭建了物理實驗平臺，介紹了實驗平臺的硬件結構及軟件控制流程，并在此平臺上對本文研究的直接轉矩控制策略進行了實驗，對實驗結果進行了比較和分析。