【正文】 度， pωΩss? 。 14 14 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 14 在正弦穩(wěn)態(tài)下，srωω ? ，fs0?ωe ? ；在忽略定子電阻sR 情況下，sss?ωu ? ；且有dsdLωX ? ，qsqLωX ? ， Xd和 Xq分別為直軸同步電抗和交軸同步電抗 ；003 Ee ? ，ss3 Uu ? ，0E 和sU 分別為每相 繞組 感應(yīng)電動勢和外加電壓有效值。 于是，可將 式 (5 2 2a ) 或 式 (5 2 2b ) 表示為 sfqd2sssfds0se2sin112sin ?????????????XXUωmpXUEωmpt ( 5 2 4 ) 式中， m 為相數(shù)， 3?m 。 式 (5 2 4 ) 與電機(jī)學(xué)中 電勵磁 三相凸極同步電動機(jī)的電磁 轉(zhuǎn)矩 表達(dá)式相同，只是對于 PM SM 而言，qdXX ? ，與電勵磁同步電動機(jī)相反。式中的sf?原本是 定子磁鏈 矢量sψ （定子磁場） 與 永磁勵磁磁鏈?zhǔn)噶縡ψ （轉(zhuǎn)子磁場）間的空間相位 角 ，如圖 3 3 或者 圖 3 14 所示。 15 15 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 15 在圖 3 14 中，感應(yīng)電動勢矢量0e 超前fψ 90 176。 空間電角度，若忽略定子電阻壓降矢量ssiR ，則定子電壓矢量su 超前sψ 90 176。 空間電角度，于是負(fù)載角sf? 也是su 和0e 間的空間相位角。 將 圖 3 14 轉(zhuǎn)換為相量圖 3 1 5a 后，sf?就成為時域內(nèi)相量sU?和0E?間的時間相位角（需忽略定子電阻壓降ssIR?）。亦即，在直接轉(zhuǎn)矩控制中，控制sψ 與fψ 間的空間相位角，即相當(dāng)于控制sU?和0E?間的時間相位角。 由式 (5 2 3 ) 和式 (5 2 4 ) ，可得 sfqd2ssfds0e2s i n112s i n ?????????????XXUmXUEmP ( 5 25) 此式與電機(jī)學(xué)中電勵磁三相凸極同步電動機(jī)的電磁功率表達(dá)式相同，只是對于 P M SM 而言，qdXX ? ，與電勵磁同步電動機(jī)相反。 16 16 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 16 滯環(huán)比較控制與控制系統(tǒng) P MS M 的滯環(huán)比較控制，也是利用兩個滯環(huán)比較器分別控制定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩偏差。 如果想保持sψ 恒定，如圖 5 4 所示，應(yīng)使sψ 的運行軌跡為圓形。 圖 5 4 定子磁鏈?zhǔn)噶窟\行軌跡的控制 17 17 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 17 可以選擇合適的開關(guān)電壓矢量來同時控制sψ 幅值和旋轉(zhuǎn)速度。 開關(guān)電壓矢量的選擇原則與三相感應(yīng)電動機(jī) 滯環(huán)控制 時所確定的原則完全相同。 例如，當(dāng)sψ 處于區(qū)間 ① 時，在 G2點sψ 已達(dá)到磁鏈滯環(huán)比較器下限值，應(yīng)選擇 us2或 us6； 而對于 G1點，sψ 已達(dá)到比較器上限值，應(yīng)選擇 us3或 us5。與此同時，在 G2或 G1點，可選擇 us2或 us3使sψ 向前旋轉(zhuǎn)， 或者 選擇 us5或 us6使sψ 向后旋轉(zhuǎn)， 以此來 改變負(fù)載角sf? ， 使轉(zhuǎn)矩增大或減小 。當(dāng)sψ 在其它區(qū)間時也按此原則選擇開關(guān)電壓矢量，由此可確定開關(guān)電壓矢量選擇規(guī)則，如表 5 1 所示。 18 18 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 18 表 5 1 開關(guān)電壓矢量選擇表 ?? Δ t ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 1 us2 us3 us4 us5 us6 us1 1 1 us6 us1 us2 us3 us4 us5 1 us3 us4 us5 us6 us1 us2 1 1 us5 us6 us1 us2 us3 us4 表 5 1 中， ?? 和 t? 值分別由磁鏈和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器給出， 1?? ? 和1?? t 表示應(yīng)使sψ 和et 增加， 1??? ? 和 1??? t 表示應(yīng)使sψ 和et 減小，這種滯環(huán)比較控制方式與三相感應(yīng)電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中采用的基本相同，只是這里沒有采用零開關(guān)電壓矢量 us7和 us8。 圖 5 5 是直接轉(zhuǎn)矩 控制系統(tǒng)的原理框圖。對比圖 5 5 和圖 4 8 可以看出，兩者構(gòu)成基本相同。 19 19 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 19 圖 55 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理框圖 20 20 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 20 磁鏈和轉(zhuǎn)矩估計 無論是感應(yīng)電動機(jī)還是 P M SM ， 直接轉(zhuǎn)矩控制都是直接將轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈作為控制變量 ，滯環(huán)比較控制就是利用兩個滯環(huán)比較器直接控制轉(zhuǎn)矩和磁鏈的偏差，顯然能否獲得轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的真實信息是至關(guān)重要的。電磁轉(zhuǎn)矩的估計在很大程度上取決于定子磁鏈估計的準(zhǔn)確性，因此首先要保證定子磁鏈估計的準(zhǔn)確性。 1 ．電壓模型 同感應(yīng)電動機(jī)一樣，可由定子電壓矢量方程估計定子磁鏈?zhǔn)噶浚?即有 tR d)(ssss ??? iuψ ( 5 2 6) 21 21 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 21 一般情況下，由矢量sψ 在定子 DQ 坐標(biāo)中的兩個分量D? 和Q? 來估計它的幅值和空間相位角s? ，即 ??? tiRuψ )d(DsDD ( 5 27) tiRuψ d)(Qs ??? ( 5 28) 2Q2Ds?? ??ψ ( 5 29) sQsarcs inψ?? ? ( 5 30) 式中，Di 和 iQ由定子三相電流 iA、 iB和 iC的檢測值經(jīng)坐標(biāo)變換后求得， uD和 uQ可以是檢測值，也可直接由逆變器開關(guān)狀態(tài)，利用式 (4 41)和式 (4 42) 求得。 22 22 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 22 2 ．電流模型 電流模型是利用式 (5 1 6) 和式 (5 1 7) 來獲取dψ 和qψ 。 但這兩個方程是以轉(zhuǎn)子 dq 軸系表示的，必須進(jìn)行坐標(biāo)變換，才能由Di 和 iQ求得di 和 iq，這需要實際檢測轉(zhuǎn)子位置。 此外，估計是否準(zhǔn)確，還取決于電動機(jī)參數(shù) Ld、 Lq和f? 是否與實際值相一致，必要時需要對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行在線測量或辨識。 但與電壓模型相比，電流模型 中 消除了定子電阻變化的影響，不存在低頻積分困難的問題。 23 23 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 23 圖 5 6 是 由 電流模型估計定子磁鏈的系統(tǒng)框圖。圖中表明，也可以用電流模型來修正電壓模型低速時的估計結(jié)果。 圖 5 6 由電流模型估計定子磁鏈 24 24 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 24 實際上， 在 轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的滯環(huán)比較控制 中 ，控制周期很短，這要求定子磁鏈的估計至少要在與之相同的時間量級內(nèi)完成。對于電壓模型來說這點可以做到，而 采用 電流模型能做到這點就比較困難。因為后者需要測量轉(zhuǎn)子位置，并要進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置傳感器 ( 例如光電編碼器 ) 和電動機(jī)控制模塊間的通信，加之電壓模型中的電壓積分本身就具有濾波性質(zhì)，而電流模型中的電流包含了所有諧波，還需增加濾波環(huán)節(jié)，由于這些原因使得這兩個模型不大可能在相同的時間量級內(nèi)完成定子磁鏈估計。 例如， 采用 電壓模型可能每 2 5μs 完成一次磁鏈估計，而電流模型大約需要 1m s ， 這樣就不能在每一控制周期內(nèi)都能對電壓模型的估計結(jié)果進(jìn)行修正，但可以間斷性地予以修正。 25 25 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 25 3 ．電磁轉(zhuǎn)矩估計 可利用式 (4 49) 估計轉(zhuǎn)矩，即有 )(DDeiψiψpt ?? ( 5 31) 式中，Dψ 和Qψ 為估計值，Di 和Qi 為實測值。 26 26 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 26 電機(jī)參數(shù)和轉(zhuǎn)速影響 1 ．電機(jī)參數(shù)影響 在圖 5 1 和 圖 5 3 中， 若將 MT 軸系沿定子磁場 方向 定向 ，再 將定子電壓矢量方程 (5 6) 變換到 此 MT 軸系， 則 可得 MssMsMssMsjddψψiu ωtR ??? ( 5 3 2) 電壓分量方程為 tψiRuddMMsM?? ( 5 3 3) MsTsTψωiRu ?? ( 5 3 4) 式中，sMψψ ? 。 27 27 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 27 對于面裝式 P MSM ， 由 圖 5 7 ，可得 sffMsMcos ?ψiLψ