【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 度傳感器的安裝又大大地降低了傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。因此該模型適用于30%額定轉(zhuǎn)速以下的情況。 基于定子電壓和轉(zhuǎn)速的磁鏈觀測(cè)模型（un模型） 綜合以上 u i 模型和 i n 模型的特點(diǎn)，可以采用將兩種磁鏈觀測(cè)模型相結(jié)合，即在全速范圍內(nèi)都適用的un模型，它是通過(guò)定子電壓和轉(zhuǎn)速來(lái)獲得定子磁鏈。該模型實(shí)現(xiàn)了u i 模型和i n 模型兩者之間的平滑過(guò)渡，在高速區(qū)域，定子磁鏈的觀測(cè)實(shí)際工作在u i 模型；而在低速區(qū)域，實(shí)際工作在i n 模型下。un 模型可以結(jié)合式(212)、(214）、(215) 來(lái)建立該模型綜合了ui模型和in 模型的優(yōu)點(diǎn)，解決了模型之間的切換問(wèn)題，引入 PI 電流調(diào)節(jié)器，減少了 定子電阻偏差所產(chǎn)生的觀測(cè)誤差，提高了磁鏈觀測(cè)模型的精度。但是，模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)困難，目前實(shí)際使用的較少。 綜上分析可以看出，三種磁鏈觀測(cè)模型各有其優(yōu)缺點(diǎn)，其中u i 模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，高速時(shí)觀測(cè)精度高，對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴僅限于定子電阻，使得系統(tǒng)魯棒性好，因此本文采用u i 模型作為定子磁鏈觀測(cè)模型，這也成為了直接轉(zhuǎn)矩控制優(yōu)勢(shì)之一。3空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù) 脈寬調(diào)制原理 SVPWM 的理論基礎(chǔ)是平均值等效原理，即在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)通過(guò)對(duì)基本電壓矢量加以組合，使其平均值與給定電壓矢量相等[19]。在某個(gè)時(shí)刻，電壓矢量旋轉(zhuǎn)到某個(gè)區(qū)域中，可由組成這個(gè)區(qū)域的兩個(gè)相鄰的非零矢量和零矢量在時(shí)間上的不同組合來(lái)得到。兩個(gè)矢量的作用時(shí)間在一個(gè)采樣周期內(nèi)分多次施加，從而控制各個(gè)電壓矢量的作用時(shí)間，使電壓空間矢量接近按圓軌跡旋轉(zhuǎn)，通過(guò)逆變器的不同開(kāi)關(guān)狀態(tài)所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近理想磁通圓，并由兩者的比較結(jié)果來(lái)決定逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，從而形成PWM 波形。逆變電路如圖 示。 設(shè)直流母線側(cè)電壓為Udc，逆變器輸出的三相相電壓為UA、UB、UC，其分別加在空間上互差120176。的三相平面靜止坐標(biāo)系上，可以定義三個(gè)電壓空間矢量 UA(t)、UB(t)、UC(t)，它們的方向始終在各相的軸線上，而大小則隨時(shí)間按正弦規(guī)律做變化，時(shí)間相位互差120176。假設(shè)Um為相電壓有效值，f為電源頻率，則有： （31）其中，則三相電壓空間矢量相加的合成空間矢量 U(t)就可以表示為： （32） 可見(jiàn) U(t)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的空間矢量，Um為相電壓峰值，且以角頻率ω=2πf按逆時(shí)針?lè)较騽蛩傩D(zhuǎn)的空間矢量，而空間矢量 U(t)在三相坐標(biāo)軸（a，b，c）上的投影就是對(duì)稱的三相正弦量。圖 逆變電路 由于逆變器三相橋臂共有6個(gè)開(kāi)關(guān)管，為了研究各相上下橋臂不同開(kāi)關(guān)組合時(shí)逆變器輸出的空間電壓矢量，特定義開(kāi)關(guān)函數(shù) Sx ( x = a、b、c) 為： （33） (Sa、Sb、Sc)的全部可能組合共有八個(gè)，包括6個(gè)非零矢量 Ul(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)、和兩個(gè)零矢量 U0(000)、U7(111)，下面以其中一種開(kāi)關(guān)組合為例分析，假設(shè)Sx ( x== a、b、c)= (100)， 此時(shí) （34）求解上述方程可得：UaN=2Ud /UbN=U d/UcN=Ud /3。同理可計(jì)算出其它各種組合下的空間電壓矢量，列表如下： 表 開(kāi)關(guān)狀態(tài)與相電壓和線電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系SaSbSc矢量符號(hào)線電壓相電壓UabUbcUcaUaNUbNUcN000U0000000100U4Udc00110U6UdcUdc0010U20UdcUdc011U30UdcUdc001U100Udc101U5Udc0Udc111U7000000圖 給出了八個(gè)基本電壓空間矢量的大小和位置圖 電壓空間矢量圖 其中非零矢量的幅值相同（模長(zhǎng)為2Udc/3），相鄰的矢量間隔 60176。，而兩個(gè)零矢量幅值為零，位于中心。在每一個(gè)扇區(qū)，選擇相鄰的兩個(gè)電壓矢量以及零矢量，按照伏秒平衡的原則來(lái)合成每個(gè)扇區(qū)內(nèi)的任意電壓矢量，即： （35）或者等效成下式： （36） 其中，Uref 為期望電壓矢量；T為采樣周期；Tx、Ty、T0分別為對(duì)應(yīng)兩個(gè)非零電壓矢量Ux、Uy 和零電壓矢量 U 0在一個(gè)采樣周期的作用時(shí)間；其中U0包括了U0和U7兩個(gè)零矢量。式（36）的意義是，矢量Uref在T時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的積分效果值和Ux、Uy、U0分別在時(shí)間Tx、Ty、T0內(nèi)產(chǎn)生的積分效果相加總和值相同。 所以要產(chǎn)生三相正弦波電壓，可以利用以上電壓向量合成的技術(shù)，在電壓空間向量上，將設(shè)定的電壓向量由U4(100)位置開(kāi)始，每一次增加一個(gè)小增量，每一個(gè)小增量設(shè)定電壓向量可以用該區(qū)中相鄰的兩個(gè)基本非零向量與零電壓向量予以合成，如此所得到的設(shè)定電壓向量就等效于一個(gè)在電壓空間向量平面上平滑旋轉(zhuǎn)的電壓空間向量，從而達(dá)到電壓空間向量脈寬調(diào)制的目的。 SVPWM法則推導(dǎo) 三相電壓給定所合成的電壓向量旋轉(zhuǎn)角速度為ω=2πf，旋轉(zhuǎn)一周所需的時(shí)間為 T =1/ f ；若載波頻率是 fs ，則頻率比為 R = f s / f 。這樣將電壓旋轉(zhuǎn)平面等切割成R個(gè)小增量，即設(shè)定電壓向量每次增量的角度是 ：g = 今假設(shè)欲合成的電壓向量Uref 在第Ⅰ區(qū)中第一個(gè)增量的位置，欲用 UUU0 及 U7 合成，用平均值等效可得：U ref*Tz =U 4*T4 +U 6*T6 。圖 電壓空間向量在第Ⅰ區(qū)的合成與分解 在兩相靜止參考坐標(biāo)系（α，β）中，令 Uref 和 U4 間的夾角是θ，由正弦定理可得： （37）因?yàn)?|U 4 |=|U 6|=2Udc/3 ，所以可以得到各矢量的狀態(tài)保持時(shí)間為：236。 p （38） 式中 m 為SVPWM 調(diào)制系數(shù)（調(diào)制比）， m=|Uref|/Udc 。而零電壓向量所分配的時(shí)間為： T7=T0=(TST4T6 ) /2 （39） T7 =(TST4T6 ) （310） 得到以 UUU7 及 U0 合成的 Uref 的時(shí)間后，接下來(lái)就是如何產(chǎn)生實(shí)際的脈寬調(diào)制波形。在SVPWM 調(diào)制方案中，零矢量的選擇是最具靈活性的，適當(dāng)選擇零矢量，可最大限度地減少開(kāi)關(guān)次數(shù)，盡可能避免在負(fù)載電流較大的時(shí)刻的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，最大限度地減少開(kāi)關(guān)損耗。 SVPWM調(diào)制算法 通過(guò)以上 SVPWM 的法則推導(dǎo)分析可知要實(shí)現(xiàn)SVPWM信號(hào)的實(shí)時(shí)調(diào)制，首先需要知道參考電壓矢量 Uref 所在的區(qū)間位置，然后利用所在扇區(qū)的相鄰兩電壓矢量和適當(dāng)?shù)牧闶噶縼?lái)合成參考電壓矢量。電壓矢量調(diào)制的控制指令是矢量控制系統(tǒng)給出的矢量信號(hào) Uref，它以某一角頻率ω在空間逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)到矢量圖的某個(gè)600扇區(qū)中時(shí)，系統(tǒng)計(jì)算該區(qū)間所需的基本電壓空間矢量，并以此矢量所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)去驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)元件動(dòng)作。當(dāng)控制矢量在空間旋轉(zhuǎn) 360176。后，逆變器就能輸出一個(gè)周期的正弦波電壓。 合成矢量Uref所處扇區(qū)N的判斷 空間矢量調(diào)制的第一步是判斷由 Uα 和 Uβ所決定的空間電壓矢量所處的扇區(qū)。假定合成的電壓矢量落在第 I 扇區(qū)，可知其等價(jià)條件如下：00arctan(Uβ/Uα)600 176。以上等價(jià)條件再結(jié)合矢量圖幾何關(guān)系分析，可以判斷出合成電壓矢量 Uref 落在第 X扇區(qū)的充分必要條件，： 表 扇區(qū)選擇條件扇區(qū)落在此扇區(qū)的充要條件IUα0 ，Uβ0 且Uβ/ UαⅡUα0 ， 且Uβ/ |Uα|ⅢUα0 ，Uβ0 且Uβ/ UαⅣUα0 ，Uβ0 且Uβ/ UαⅤUβ0 且Uβ/|Uα|ⅥUα0 ，Uβ0 且Uβ/Uα 若進(jìn)一步分析以上的條件，有可看出參考電壓矢量Uref 所在的扇區(qū)完全由Uβ，Uα Uβ，Uα Uβ 三式?jīng)Q定，因此令： （311） 再定義，若U10 ，則 A=1，否則 A=0； 若U 20 ，則 B=1，否則 B=0；若U30 ，則 C=1，否則 C=0?？梢钥闯?A，B，C 之間共有八種組合，但由判斷扇區(qū)的公式可知 A，B，C 不會(huì)同時(shí)為 1 或同時(shí)為 0，所以實(shí)際的組合是六種，A，B，C 組合取不同的值對(duì) 應(yīng)著不同的扇區(qū)，并且是一一對(duì)應(yīng)的，因此完全可以由 A，B，C 的組合判斷所在的扇區(qū)。為區(qū)別六種狀態(tài)，令 N=4*C+2*B+A，則可以通過(guò)下表計(jì)算參考電壓矢量 Uref 所在的扇區(qū)。 表 P值與扇區(qū)對(duì)應(yīng)關(guān)系N315462扇區(qū)號(hào)Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 采用上述方法，只需經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的加減及邏輯運(yùn)算即可確定所在的扇區(qū)，對(duì)于提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和進(jìn)行仿真都是很有意義的。4 基于空間矢量脈寬調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) 基于空間矢量脈寬調(diào)制的直接轉(zhuǎn)