【正文】 等效電路 31 31 現(xiàn)代電機控制技術 第 5章 三相永磁同步電動機直接轉矩控制 31 預期電壓直接轉矩控制 為了使外加的定子電壓矢量能更好 地 滿足對磁鏈和轉矩的控制要求，同三相感應電動機一樣，可以采用空間矢量調制技術，進行預期電壓直接轉矩控制。 圖 5 9 定子 DQ 坐標中的負載角增量sf?? 32 32 現(xiàn)代電機控制技術 第 5章 三相永磁同步電動機直接轉矩控制 32 在圖 5 9 中，定子磁鏈矢量sψ 在靜止 A B C （ DQ ）軸系中的空間相位角為s? 。 期望電壓矢量ref su 的幅值和相位角分別為 2Q ref2D refref suu ??u ( 5 4 5) ref sQ refref sar cs inuu?? ( 5 46) 34 34 現(xiàn)代電機控制技術 第 5章 三相永磁同步電動機直接轉矩控制 34 由ref s? 可確定與ref su 相鄰的兩個非零開關電壓矢量ksu 和)1(s ?ku ，可以通過對ksu 和)1(s ?ku 的調制來獲取ref su ，即有 00b)1(sasref stttTkk????????uuuu ( 5 47) 式中，at? 和bt? 分別是ksu 和)1(s ?ku 的作用時間，0t? 是零電壓矢量0u的作用時間。 將 |sψ | 和s? 以及Di 和Qi 分別 代入式 (5 43 ) 和式 (5 44 ) 便可獲取D re fu和Qrefu 。在這一過程中， 定子磁鏈只是對di 和qi 的控制結果，如圖 5 3 所示，定子磁鏈為 qqddfsj iLiLψ ???ψ ( 5 5 1 ) 2qq2ddfs)()( iLiLψ ???ψ ( 5 5 2 ) 38 38 現(xiàn)代電機控制技術 第 5章 三相永磁同步電動機直接轉矩控制 38 直接轉矩控制直接 控制的 是定子磁鏈， 因 而不能直接控制di 和qi 。 39 39 現(xiàn)代電機控制技術 第 5章 三相永磁同步電動機直接轉矩控制 39 對于插入式和內裝式 P M S M ，因為存在凸極效應，應根據(jù)轉矩方程 (3 57)來確定滿足定子電流最小控制時的di 和qi 。 40 40 現(xiàn)代電機控制技術 第 5章 三相永磁同步電動機直接轉矩控制 40 . 2 弱磁控制 在基于轉子磁場定向的矢量控制中，可通過控制直軸電流di 來進行弱磁，而在直接轉矩控制中，必須通過控制定子磁鏈來 實現(xiàn) 弱磁。 1 f?k ，說明弱磁正好是從轉速達到轉折速度rtω 時開始的； 1 f?k ，說明實際弱磁點是提前開始的。此時 ssTsT?ωiRu ?? ( 5 5 8 ) 42 42 現(xiàn)代電機控制技術 第 5章 三相永磁同步電動機直接轉矩控制 42 隨著轉速的增加，Tu 隨之增大，且逐步接近飽和值m axTu 。 進 而 還可使這個電壓冗余是動態(tài)變化的， 即 根據(jù)轉矩指令來修正系數(shù)fk ，例如轉矩需要階躍變化時，系數(shù)fk 應降得更低。如果采用電壓模型法估計 |sψ |，由于各種原因也會使估計結果產生偏差。 對于面裝式 P MSM ，采用直接轉矩控制時，轉矩方程 為 sfsfsesin1???Lpt ? (5 59 ) 圖 5 1 2 面裝式 P M S M 以定子磁場定向矢量圖 45 45 現(xiàn)代電機控制技術 第 5章 三相永磁同步電動機直接轉矩控制 45 圖 5 12 中，因為 MT 軸系沿定子磁場定向，滿足 0T?? 的約束， 故 有 sffTssin ???iL (5 6 0 ) 將 式 (5 6 0 ) 代入式 (5 59 ) ，可得 Tssfsfsesin1ipLpt ???? ?? (5 6 1 ) 式 (5 6 1 ) 即為 面裝式 P M S M 基于定子磁場 定向 的轉矩 控制 方程。 對比之下 ，Mu 等同 于徑向電壓sru ，Tu 等同 于 切 向電壓snu 。 47 47 現(xiàn)代電機控制技術 第 5章 三相永磁同步電動機直接轉矩控制 47 由圖 5 12 ，可得 sffMssco s ??? ?? iL ( 5 6 4) 由式 (5 64) 和式 (5 62 ) ，可得 Msffsssscos11dtduTT??? ???? ( 5 65) 由式 (5 6 0 ) 和式 (5 63 ) ，可得 Tsffssssin1uTω ?? ??? ( 5 6 6) 由式 (5 66) 和式 (5 59 ) ，可得 )(1Ts2ssseuωRpt ?? ??? (5 67) 48 48 現(xiàn)代電機控制技術 第 5章 三相永磁同步電動機直接轉矩控制 48 由 式 (5 6 5 ) ～式 (5 67) 可在定子磁場定向 MT 軸系中構成直接轉矩控制系統(tǒng)。 式 (5 6 7 ) 表明，轉矩控制是非線性的，且磁鏈控制和轉矩控制間存在耦合 ； 在轉子速度很低時，如果控制電壓過大，會使轉矩急劇變化，將會引起轉矩脈動。 50 50 現(xiàn)代電機控制技術 第 5章 三相永磁同步電動機直接轉矩控制 50 基于定子磁場定向的 矢量 控制與直接轉矩控制相比，重要的區(qū)別還在于前者需要進行矢量變換，為 進行磁場定向， 需要時刻檢查定子磁鏈矢量sψ 的空間相位 。 這說明，直接轉矩控制與轉子磁場矢量控制具有內在聯(lián)系。 因為電磁轉矩是由于交軸電樞反應而生成的，所以無論是基于轉子磁場定向的矢量控制還是直接轉矩控制，對電磁轉矩控制的實質皆是對交軸電樞反應的控制，只是控制的方式和選擇的控制變量不同而已。 若想獲得高品質的控制性能，控制系統(tǒng)的設計仍是復雜而又困難 的 。 與直接轉矩控制相比，這是兩者本質上的差別。 55 55 現(xiàn)代電機控制技術 第 5章 三相永磁同步電動機直接轉矩控制 55 直接轉矩控制仿真 舉 例 基于永磁同步電動機直接轉矩控制系統(tǒng)的原理，在 MA T L A B 環(huán)境下，利用 SI MU L I N K 仿真工具，搭建基于永磁同步電動機直接轉矩控制系統(tǒng)的仿真模型，整體設計框圖如圖 5 13 所示。 圖 5 1 4 逆變器模塊 58 58 現(xiàn)代電機控制技術 第 5章 三相永磁同步電動機直接轉矩控制 58 磁鏈和轉矩的 估計 是在兩相靜止軸系 DQ 軸系 內 進行的，為此需要 進行 坐標變換把三相電壓和電流變換到 DQ 軸上，具體仿真框圖如圖 5 15 ～ 圖 5 1 8 所示。首先由 ψD的正負確定定子磁鏈所在的象限，再由計算公式確定該定子磁鏈的具體位置，整個s? 的范圍為 [ π/ 2 ， 3 π / 2] 。 匝， ωr*=80rad/ s 。 64 64 現(xiàn)代電機控制技術 第 5章 三相永磁同步電動機直接轉矩控制 64 0 . 01 0 . 02 0 . 03 0 . 04 圖 5 22 定子磁鏈軌跡曲線 5 23 轉速響應曲線 0 . 01 0 . 02 0 . 03 0 . 04t 圖 5 24 轉矩響應曲線 65 65 現(xiàn)代電機控制技術 第 5章 三相永磁同步電動機直接轉矩控制 65 習題與思考題（略） 。 系統(tǒng) 的定子磁鏈圓形軌跡、 轉速 和 轉矩 響應曲線如圖 5 22 ～圖 5 24所示。 圖 5 21 區(qū)間判斷模塊 63 63 現(xiàn)代電機控制技術 第 5章 三相永磁同步電動機直接轉矩控制 63 P MSM 參數(shù)設定：定子電阻 Rs= ，直、交軸等效電感Ld= Lq= 6H ，轉子磁 ψf= Wb ，轉動慣量 J =0 . 0008k g磁鏈滯環(huán)比較環(huán)節(jié)為估 計 定子磁鏈幅值與給定磁鏈幅值進行比較，輸出磁鏈控制信號 φ ；轉矩滯環(huán)比較環(huán)節(jié)為轉矩估算值與轉矩給定值進行比較，其中轉矩給定值為速度PI 調節(jié)器輸出，比較器輸出比較值 τ ，當給定值比實際值大時狀態(tài)為 1 ，否則狀態(tài)為 0 ， 通過引入變量 λ =2 φ + τ +1 ，并結合區(qū)間判斷模塊輸出的扇區(qū)號 Sn輸入逆變器模塊。根據(jù)模塊化建模思想，控制系統(tǒng)被分割為各個功能獨立的子模塊，其中主要包括：逆變器模塊 ， 坐標變換模塊 ， 磁鏈估算模塊 ， 轉矩估算模塊 ， 滯環(huán)比較模塊 ， 位置估算模塊和區(qū)間判斷模塊等。 但是，這種轉矩控制是在 dq 軸系內完成的，控制變量為 dq 軸系電流di 和qi ，尚需通過矢量變換 ( 坐標變換 ) 將 dq 軸系控制變量變換為實際電動機 A BC 軸系的 控制變量 ， 將等效的他勵直流電動機還原為實際的 P MS M 。 54 54 現(xiàn)代電機控制技術 第 5章 三相永磁同步電動機直接轉矩控制 54 基于轉子磁場定向的矢量控制則不然， 其選擇了di 和qi 作為控制變量。 其特點和優(yōu)勢是控制 可 在 A B C 軸系 內 進行，不需要進行矢量變換 ( 坐標變量 ) ，使控制系統(tǒng)得以簡化， 通過外加電壓矢量 又可使轉矩快速變化，因此 提高了系統(tǒng)的快速響應能力。 事實上，對于面裝式 P MS M 而言，電磁轉矩可看成是電樞磁場ssiL與轉子磁場fψ 相互作用的結果。 51 51 現(xiàn)代電機控制技術 第 5章 三相永磁同步電動機直接轉矩控制 51 直接轉矩控