直接轉(zhuǎn)矩控制策略的扇區(qū)劃分和細(xì)分技術(shù)
吳志剛
(臺(tái)州學(xué)院，浙江臺(tái)州318000)
摘要：根據(jù)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的直接控制轉(zhuǎn)矩思想，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制策略的扇區(qū)進(jìn)行重新劃分改進(jìn)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)扇區(qū)進(jìn)行細(xì)分，得到改進(jìn)的開(kāi)關(guān)電壓選擇。表在maitab／simulmk中，得到定子磁鏈軌跡、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)、定子電流等結(jié)果，仿真結(jié)果表明轉(zhuǎn)矩和定子電流脈動(dòng)有較大降低，定子磁鏈軌跡建立速度有較大的提高。
0引 言
直接轉(zhuǎn)矩控制是繼矢量控制之后出現(xiàn)的一種高性能交流電動(dòng)機(jī)控制策略。與矢量控制方法不同，它不是通過(guò)控制電流、磁鏈等量來(lái)間接控制轉(zhuǎn)矩，而是對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制。根據(jù)磁鏈誤差和轉(zhuǎn)矩誤差以及磁鏈空間位置，選擇合適的空間電壓矢量來(lái)控制轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈，控制定子磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度以改變磁通角的大小，以達(dá)到控制電磁轉(zhuǎn)矩的目的，對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈分別采用滯環(huán)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的扇區(qū)劃分中，在一個(gè)電壓作用周期內(nèi)，使用同一個(gè)電壓矢量，因此對(duì)于大的和小的轉(zhuǎn)矩和磁通誤差沒(méi)有多大區(qū)別。而且空間電壓矢量的選擇會(huì)引起定子磁鏈幅值和磁通角同時(shí)變化，所以通常會(huì)舍棄引起這兩者變化趨勢(shì)相矛盾的空間電壓矢量，從而使控制目標(biāo)不明確，控制性能不能達(dá)到****：本文在對(duì)傳統(tǒng)扇區(qū)劃分和空間電壓選擇的基礎(chǔ)上，提出改變扇區(qū)劃分方法和扇區(qū)細(xì)分的直接轉(zhuǎn)矩控制方案，主要對(duì)電壓開(kāi)關(guān)表進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方法的有效性。
1逆變器輸出電壓模型
三相電壓型逆變器如圖1所示。在三相電壓型逆變器的三個(gè)橋臂中，每條撟臂的上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)信號(hào)是互補(bǔ)的。定義上橋臂開(kāi)關(guān)器件閉合時(shí)“ci=1”(i=a，b，c)，下橋臂開(kāi)關(guān)器件閉合時(shí)為“ci=o”。
三個(gè)相互獨(dú)立的橋臂可以構(gòu)成8個(gè)不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即可以輸出8個(gè)不同的電壓，采用如下表示的矢量變換：
在8個(gè)向量中，有6個(gè)非零電壓矢量和2個(gè)零電壓矢量，電壓矢量如圖2表示。
1．1定子磁鏈控制
在兩相垂直d-q坐標(biāo)軸下定義的定子電壓分量(usd、usq)由輸出電壓u0和isa,b,c所決定：
定子電流分量isd、isq：
轉(zhuǎn)子磁鏈以同步角速度沿圓形軌跡旋轉(zhuǎn)，其幅值由負(fù)載決定。假設(shè)定子電阻在很長(zhǎng)的工作周期內(nèi)保持不變，則在一個(gè)周期內(nèi)作用到感應(yīng)電機(jī)的定子電壓也保持不變。定子磁鏈可以通過(guò)列輸入電壓和定子電阻壓降的差值進(jìn)行積分計(jì)算：
在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，每個(gè)電壓矢量是常數(shù)，式(4)可以改寫(xiě)為：
式中：φs0為初始定子磁通條件
實(shí)際上，在電機(jī)高速運(yùn)行狀態(tài)下，忽略定子電阻壓降，有：
圖3表示當(dāng)us≈u3的情況。式(5)表明定子磁鏈運(yùn)行軌跡與當(dāng)時(shí)施加的定子電壓即逆變器輸出電壓空間矢量指向一致。φs0是在開(kāi)關(guān)動(dòng)作瞬間的初始定子磁鏈氣隙，電壓矢量平面可以被分成6個(gè)區(qū)塊，如圖2所示。在每一個(gè)區(qū)塊中，可以得到最小的開(kāi)關(guān)頻率的兩個(gè)相鄰的電壓矢量，一個(gè)可以增加定子磁鏈的幅值，一個(gè)可以減少定子磁鏈的幅值。例如：在區(qū)域1中可以選擇電壓矢量v4和v3來(lái)增加或者減少定子磁鏈幅值。以此類(lèi)推，通過(guò)選擇正確的電壓矢量可以使定子磁鏈幅值達(dá)到設(shè)定的參考值，同樣也可以用來(lái)保持定子磁鏈的幅值和電磁轉(zhuǎn)矩的幅值在滯環(huán)容差內(nèi)。
1．2定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩計(jì)算
定子磁鏈的幅值可以用下式計(jì)算：
定子磁鏈由下式得到：
|
