【正文】 U1(100)， U2(110)，U3(010)， U4(011)， U5(001)和 U6(101)。 — 120176。 定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的測(cè)定 定子磁鏈的值在永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中，作用舉足輕重。它就是電壓模型測(cè)定法。根據(jù)式 (36)可知，只要測(cè)出定子電流的 α軸的分量和 β軸以及用電壓模型測(cè)定法測(cè)出的定子磁鏈的 α軸的分量和 β軸，就能求得電磁轉(zhuǎn)矩。 但是從轉(zhuǎn)矩仿真波形看出，永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的低速性能不是很好，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)性不高。從仿真結(jié)果可以看出，永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制具有簡(jiǎn)單、直觀、快捷等優(yōu)點(diǎn)。但是在實(shí) 21 際操作中，很難直接測(cè)定電磁轉(zhuǎn)矩的值。這種定子磁鏈的測(cè)定方法運(yùn)用到一次 Park 變換和一次 Park 的逆變換，計(jì)算量比較大，操作起來(lái)比較麻煩，所以這種方法的應(yīng)用并不廣泛。若ψ =1，說(shuō)明實(shí)際的定子磁鏈大于給定的定子磁鏈，此時(shí)應(yīng)減小定子磁鏈。從而使開(kāi)關(guān)頻率最小，盡量減小電磁轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。所以三相橋式電壓源逆變電路的換流方式為縱向換流。之后再一次檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電流和電壓，重復(fù)上述步驟，不斷循環(huán)。 以上就是永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理。方程中的磁極數(shù)， d 軸電感和 q 軸電感都是常量，因此轉(zhuǎn)矩只與轉(zhuǎn)子磁鏈，定子磁鏈和定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈夾角的正弦值有關(guān)。與 dq 坐標(biāo)系不同的是， d 軸是與轉(zhuǎn)子的幾何位置重合的，而 M 軸則是與磁場(chǎng)的軸線重合的。 電壓方程的矩陣形式： 0 s in0 c o sss rssu R p L iu R p L i??????? ???? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? (35) u? 、 u? 為 αβ坐標(biāo)系中定子的電壓， i? 、 i? 為的定子電流， ? 為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。 永磁同步電機(jī)在 abc 坐標(biāo)下的磁鏈方程的矩陣形式如下： acbc o sc o s( 1 2 0 )c o s( 1 2 0 )a a a b a c ab b a b b b c b rc c a c c cL M M iM L M iM M L i??? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? (34) aaL 、 bbL 、 ccL 分變?yōu)槿喔髯缘淖愿邢禂?shù)， abM 和 baM 為 a、 b 相之間的互感系數(shù)，acM 和 caM 為 a、 c 相之間的互感系數(shù)， bcM 和 cbM 為 b、 c 相之間的互感系數(shù)， r? 為轉(zhuǎn)子磁鏈， ? 轉(zhuǎn)子位置較角。電角度。磁路相互之間的耦合也大大增加了分析永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型的難度。磁鐵為圓環(huán)形的形狀，使 磁鐵的利用程度與極靴無(wú)關(guān)，所以特別適合用于多極和高頻的電機(jī)。這樣，就讓一個(gè)帶爪法蘭盤(pán)的爪子呈 N 極性，而另一個(gè)則呈 S 級(jí)性，從而起到了極靴的作用。當(dāng)磁鐵是矩形結(jié)構(gòu)時(shí)，可以用各向異性或晶體取向性的材料來(lái)制造永磁體，提高了磁性。 有極靴星形轉(zhuǎn)子，在無(wú)極靴星形轉(zhuǎn)子的永磁體兩端安裝軟鐵極靴，就形成了有極靴星形轉(zhuǎn)子。磁鐵性能降低，利用率也隨之降低。無(wú)極靴星形轉(zhuǎn)子的磁鐵平均長(zhǎng)度比圓柱形轉(zhuǎn)子長(zhǎng)，體積小，橫軸的電樞反應(yīng)作用減少。圓柱形轉(zhuǎn)子一般不超過(guò) 8極，多為 2 極或 4極。 永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu) 永磁同步電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。但是仍然存在著 低速時(shí)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢的問(wèn)題。一方面利用了模糊控制去提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力，縮短了訓(xùn)練時(shí)間；另一方面利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力去調(diào)整模糊化的精度函數(shù)，加強(qiáng)模糊推理的能力，提高模糊判斷的能力，實(shí)現(xiàn)并行推理。給定轉(zhuǎn)矩與實(shí)際轉(zhuǎn)矩的誤差不 再經(jīng)過(guò)滯環(huán)比較器，而是經(jīng) PI 調(diào)節(jié)后得到磁鏈增量角。此外，有專(zhuān)家提出了把空間電壓矢量細(xì)分的方法。當(dāng)轉(zhuǎn)矩或者定子磁鏈從一個(gè)很小的值變化到另一個(gè)很小的值，即電機(jī)運(yùn)行在低速狀態(tài)，如在啟動(dòng)階段時(shí)，電壓逆變開(kāi)關(guān)沒(méi)來(lái)得及改變，導(dǎo)致電壓矢量繼續(xù)作用，直至給定轉(zhuǎn)矩與實(shí)際轉(zhuǎn)矩的誤差和給定定子磁鏈與實(shí)際定子磁鏈的誤差達(dá)到滯環(huán)比較器的閥值，電壓逆變器才開(kāi)始改變狀態(tài)，終止電壓矢量的作用。 二、直接轉(zhuǎn)控制只需要對(duì)定子電阻進(jìn)行觀測(cè)就能得到定子磁鏈，從而估算到磁通。但是由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是一種比較新的控制策略，所以技術(shù)還不是很成熟，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致估算值出現(xiàn)很大的誤差或者系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。早期的模糊控制沒(méi)有加入積分環(huán)節(jié)，雖然控制的魯棒性有所加強(qiáng)，但同時(shí)在帶負(fù)載時(shí)出現(xiàn)了較大的靜態(tài)誤差。 自適應(yīng)控制，自適應(yīng)控制能根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行情況不斷提取實(shí)時(shí)參數(shù)，然后根據(jù)新的參數(shù)合理地修 改控制策略。這樣就是的成本增加，而且加大了操作難度。但同時(shí)也存在動(dòng)態(tài)性能差，低速時(shí)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)低，參數(shù)設(shè)計(jì)難，沒(méi)有解決非線性、多變量的問(wèn)題等缺點(diǎn)。第三章對(duì)永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)，分類(lèi)，及它在各個(gè)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行介紹。 規(guī)則采樣法是先用一系列的三角波對(duì)正弦波進(jìn)行采樣，得到了與正弦波形狀相似的階梯波，再把階梯波與三角波進(jìn)行比較，確定它們的交點(diǎn)，從而得到了脈沖，去控制電路的開(kāi)通或關(guān)斷。 PWM（ Pulse Width Modulation） 即脈沖寬度調(diào)制，主要通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，從而得到理想的輸出波形。主要包括門(mén)極可關(guān)斷晶閘管 GTO、電力場(chǎng)效應(yīng)管 MOSFET 和電力雙極性晶體管 BJT 這些全控型器件。而且掌握了先進(jìn)的永磁材料煉制技術(shù)。異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，運(yùn)行比較安全可靠，容易安裝傳感器和反饋裝置，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)比較小。比起直流電機(jī)，交流電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，造價(jià)低廉，運(yùn)行安全，維護(hù)便捷，對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。電機(jī)，即將機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)化的設(shè)備。而另一方面，永磁同步電機(jī)因?yàn)槠溥\(yùn)行的可靠性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以在交流伺服電機(jī)中所處的地位越來(lái)越高。然后借助 MATLAB中的 Simulink 功能，搭建永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 系統(tǒng)的模型，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析歸納，最后得出結(jié)論。 由于直流調(diào)速系統(tǒng)的控制比較方便，能通過(guò)控制電機(jī)的勵(lì)磁電流和輸入電壓，使電機(jī)能在很廣闊的范圍內(nèi)平滑地改變速度。但是隨著電力電子技術(shù)和微處理器技術(shù)的飛速發(fā)展。同步電機(jī)因轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度相同而得名。近年來(lái)出現(xiàn)了一種新的控制策略 —— 直接轉(zhuǎn)矩控制。絕緣柵雙極型晶體管IGBT 是由 BJT 和 MOSFET 復(fù)合而成的。 SPWM(Sinusoidal PWM)，即正弦波的脈沖寬度調(diào)節(jié)，是如今應(yīng)用最廣，發(fā)展最成熟的脈沖寬度調(diào)節(jié)的方法。如果采樣時(shí)刻不在正弦波的頂點(diǎn)或最低點(diǎn)，在每個(gè)采樣周期中，脈沖的中心距離就不相等，這就是非對(duì)稱(chēng)的規(guī)則采樣法。第六章為結(jié)論章節(jié)，對(duì)前面五章的內(nèi)容，特別是仿真結(jié)果進(jìn)行歸納 ，最后的得出本文的結(jié)論。具體實(shí)現(xiàn)方式是把轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作為參考系，將定子電流分解成兩個(gè)分量，一個(gè)是與轉(zhuǎn)子同向的分量，即直軸分量；一個(gè)是與轉(zhuǎn)子正交的分量，即交軸分量。這一控制策略并沒(méi)有繼承前人提出的矢量控制策略的解耦思想，而是另辟蹊徑，把轉(zhuǎn)矩作為被控量，直接對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。這種控制方式的不足在于當(dāng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)變化太快的時(shí)候，無(wú)法很好地跟蹤其參數(shù)，提取的結(jié)果與實(shí)際結(jié)果誤差較大，導(dǎo)致修改后的控制策略不合理。所以，模糊控制一般與其他的控制策略相配合使用。確定了參考系后，只需測(cè)定定子的電壓和電流，就能通過(guò)空間矢量理論去計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩以及定子磁鏈。 三、由于直接轉(zhuǎn)矩控制是通過(guò)給定轉(zhuǎn)矩與實(shí)際轉(zhuǎn)矩進(jìn)行比較，得到誤差，經(jīng)過(guò)滯環(huán)比較器，然后選擇適當(dāng)?shù)碾妷菏噶咳フ{(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這就確定了直接轉(zhuǎn)矩控制在今后的發(fā)展方向。這樣一來(lái)就失去了直接轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快的優(yōu)勢(shì)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)像人一樣有這很強(qiáng)的自我學(xué)習(xí)能力。其中基于穩(wěn)態(tài)的控制策略受到動(dòng)態(tài)性能的限制，不能得到廣泛的應(yīng)用。 10 第三章 永磁同步電機(jī)概述 永磁同步電機(jī)的分類(lèi) 按照轉(zhuǎn)子上的永磁體的位置，可以把永磁同步電機(jī)分為三類(lèi)，分別是表面式，內(nèi)埋式和嵌入式。這個(gè)氣隙磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度稱(chēng)為同步轉(zhuǎn)速。圓柱形轉(zhuǎn)子的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)制作工藝要求不高，除了精磨轉(zhuǎn)子表面外，其他都不需要用機(jī)械加工。雖然和圓柱形轉(zhuǎn)子相比，磁鐵的利用率增大。為了增大磁路系統(tǒng)的阻尼作用，就要增長(zhǎng)永磁鐵的長(zhǎng)度，造成成本上升。有極靴星形轉(zhuǎn)子主要有以下優(yōu)點(diǎn) ：由于軟鐵極靴的存在，消除了橫軸電樞反應(yīng)，對(duì)永磁體的去磁作用大大減弱。在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，極靴與永磁體可能出現(xiàn)松動(dòng)。帶爪的法蘭環(huán)屏蔽了橫軸的電樞反應(yīng)，消除了電樞反應(yīng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的畸變效應(yīng)，使氣隙磁場(chǎng)保持穩(wěn)定。在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，爪極受力很大，比較容易發(fā)生彎曲變形，甚至斷裂。為了方便計(jì)算求解，必須先假設(shè)一臺(tái)理想的永磁同步電機(jī)，然后選取合適的參考系，把電機(jī)的狀態(tài)方程組轉(zhuǎn)換 到相應(yīng)的參考系中求解。 五、在恒定轉(zhuǎn)速且電機(jī)空載時(shí)轉(zhuǎn)子的磁動(dòng)勢(shì)在定子上感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)是關(guān)于時(shí)間的正弦函數(shù)。所以人們就開(kāi)始想辦法將變系數(shù)的方程組轉(zhuǎn)換成常系數(shù)的方程組。