直接转矩控制系统中定子磁链观测器研究
直接转矩控制中一种改进的定子磁链观测方法的研究
的问题 ， 而且 不能 摆脱 ｉｎ 型 固有 的 缺陷 。为 此 ， －模
本 文 在 电压模 型 的基 础 上 ， 采用 一 阶低 通 滤波 器 来
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由于 这 个 原 因 ， 只有 当系 统 运 行 在 中 、 高速 区
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图２ 定 子 磁 链 的 实 际值 与 估 计 值 的 关 系
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６ ２
电
源
学
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总第 ４ ２期
系统 的转 矩 波形 ， 图 中可 以看 出 ． 从 电机 均 以最 大
磁链 观 测器 的 系统 在保 持原 有 系统 优 点 的同 时 。 能 有 效地 减小 传 统 直 接 转 矩 控制 系统 中 的磁 链 和 转 矩脉 动 ， 善 了系统 的性能 。 改
替代 纯 积 分环 节 。 以消 除积 分环 节对 直 流 量 的累 积 作用 ， 同时对 采 用低 通滤 波 器 带来 的 幅值 和相 位 滞 后进 行 了补偿 。 过与传 统 ｕ ｊ 型 的对 比分析 ， 通 —模 仿 真结果表明 ， 当系 统 运 行 在 低速 区 内 时 ， 方 法 能 该 够实 现 定 子磁 链 的准 确观 测 ． 同时减 小 磁链 和 转 矩
直接转矩控制驱动系统的磁链估计
１ 介绍
传统的交流电机矢量控制方法要求测量转子的 速度或角度，由于采用了测量装置，系统的可靠性降 低。因而，近年来，人们对开发采用矢量控制的无传 感器交流电机驱动系统产生了极大的兴趣。我们注 意到，在如何取消测量装置的问题上有 ２ 种基本的方 法： （１）对定子磁链进行估计［１］￣［３］ ； （２）在产生转 矩的电流或电压量中加入一个附加的估计信号［ ４ ］ ￣ ［８］。 后者存在无限零速运行的可能性， 这带来了一些 缺点，它要求有相当高的开关频率，从而限制了它在 较小功率的驱动系统中的应用。同时，也增大了电机 的噪声，并且，电机损耗也可能增加。然而，并不是 所有应用场合都要求装置在零速或零速附近长时间 运行，因此，在许多场合，就可采用第一种方法。 前一种方法是以修改由法拉第感应定律获得的 开环积分为基础，基本解决方法是将纯粹的积分器 改为低通滤波器（Ｌ Ｐ ） ［ ９ ］ 或更先进的自适应滤波器
Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｌｕｘ Ｌｉｎｋａｇｅ ｉｎ ａ Ｄｉｒｅｃｔ－Ｔｏｒｑｕｅ－Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｄｒｉｖｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｔｏｒ ｆｌｕｘ ｌｉｎｋａｇｅ ｆｏｒ ｓｐｅｅｄ－ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ－ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ｄｉｒｅｃｔ－ｔｏｒｑｕｅ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ａｃ ｍａｃｈｉｎｅ ｄｒｉｖｅｓ． Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｃａｌａｒ ｐｒｏｄｕｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｓｔａｔｏｒ ｆｌｕｘ ｌｉｎｋａｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｓｔａｔｏｒ ｃｕｒｒｅｎｔ． Ｔｈｅ ａｃ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｃａｌａｒ ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｓ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｓｔａｔｏｒ ｆｌｕｘ ｌｉｎｋａｇｅ ｉｓ ｆｏｒｍｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈａｔ ｐａｒｔ． Ａｄｅｑｕａｔｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｓｉｍｐｌｅ ｌｏｗ－ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ． Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ａｄａｐｔｉｖｅ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅ ｉｓ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ． Ｂｏｔｈ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ， ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｗｏｒｋｓ ｗｅｌｌ ｂｏｔｈ ｉｎ ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ ａｎｄ ｉｎ ｔｒａｎｓｉｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗ ｏｒｄｓ： ＡＣ ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｅ； ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ； ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ
一种感应电机直接转矩控制磁链观测的改进方法
收稿日期:2004209229.作者简介:万淑芸(19402),女,教授;武汉,华中科技大学控制科学与工程系(430074).E 2mail :Wang -Shuyu @一种感应电机直接转矩控制磁链观测的改进方法万淑芸 胡婵娟 徐金榜 万宇宾(华中科技大学控制科学与工程系,湖北武汉430074)摘要:根据感应电机直接转矩控制的特点,对低速下磁链观测误差产生的原因进行了分析,给出了一种磁链观测的改进方法———低通滤波器补偿法.这种方法在采用低通滤波器代替纯积分环节的基础上,根据定子磁链的实际值与估计值之间的关系,推导出估计磁链的补偿公式,给出了原理框图,并对观测结果进行了仿真比较.仿真结果表明,采用低通滤波器补偿法,直接转矩控制系统的低速性能有十分明显的提高,证实了该方法的有效性.关 键 词:感应电机;直接转矩控制;磁链估算;低通滤波器中图分类号:TM301 文献标识码:A 文章编号:167124512(2005)0820059203An improved method of flux linkage estimation of directtorque control in induction motorsW an S huyun Hu Chanj uan X u Ji nbang W an Y ubi nAbstract :According to the characteristics of D TC (direct torque control )in induction machine ,this paper analyzed the estimation error of flux linkage and torque ,and introduced an improved method of flux estima 2tion ,a compensation method based on low 2pass filter.Based on the relationship between real and estimated values of the stator flux linkage ,the compensatory formulas of the estimated flux linkage and its principle block diagram were presented.The simulation results showed that the performances have been improved by the compensation method based on low 2pass filter in low speed in D TC system ,confirming the validity of the method.K ey w ords :induction motor ;D TC (direct torque control );flux estimation ;low 2pass filterW an Shuyun Prof.;Dept.of Control Sci.&Eng.,Huazhong Univ.of Sci.&Tech.,Wuhan 430074,China. 直接转矩控制(D TC )是近年来继矢量控制之后发展起来的一种新型控制技术.与矢量控制相比,直接转矩控制摒弃了解耦控制的思想,用定子磁链代替转子磁链,直接在定子坐标系下分析交流电机的数学模型,对磁链和转矩进行控制[1].实现高性能直接转矩控制系统的重要环节是准确地观测异步电机的定子磁链.目前的磁链观测方法,主要有电压模型、电流模型和基于两者的混合模型,其中电压模型最为常见.但由于电压模型中使用了纯积分环节,微小的直流偏置都将最终导致积分饱和,从而造成磁链估算的错误.为此,在电压模型中,通常采用一阶低通滤波器来替代纯积分环节,以消除积分环节对直流量的积累作用.但低速时在磁链观测上的误差,会直接影响直接转矩控制系统的效率和性能.本文根据感应电机直接转矩控制的特点,分析了低速时磁链观测误差产生的原因,给出了一种改进的方法———低通滤波器补偿法.这种方法在采用低通滤波器代替纯积分环节的基础上,根据定子磁链的实际值与估计值之间的关系,推导出估计磁链的补偿公式,并对观测结果进行了仿真比较.仿真结果表明,采用低通滤波器补偿法,直接转矩控制系统的低速性能有十分明显的提高.第33卷第8期 华中科技大学学报(自然科学版) Vol.33 No.82005年 8月 J.Huazhong Univ.of Sci.&Tech.(Nature Science Edition ) Aug. 20051 低通滤波器补偿法在电压模型的基础上,近年来提出很多改进的方法.文献[2]中采用一种数字积分器,但是这种方法只是定量地解决了积分饱和问题.文献[3]在一阶低通滤波器的基础上将输出的磁链引回作反馈补偿,建立一种介于纯积分和低通滤波环节之间的算法,但这种算法比较复杂,使直接转矩控制失去了系统结构简单的优点.这里讨论另一种改进的方法[4].定子磁链可由如下表达式计算[5]:ψs =∫(V s-I s R s )d t.其频域表达式为ψs =(V s -I s R s )/(j ωe ),采用低通滤波器代替纯积分环节,式(2)变为ψ′s =(V s -I s R s )/(j ωe +ωc ),(1)式中:ψs 为磁链实际值;ψ′s 为磁链估计值;ωe 为电机稳态运行时的角频率(同步频率);ωc 为低通滤波器的截止频率.由式(1)可得ψ′s =V s -I s R s(ω2e +ω2c)(ωc -j ωe ),令ψs =|ψs |∠θ,ψ′s =|ψ′s |∠θ′,则式(4)可写成ψ′s ψs ∠θ′-θ=ωe (ω2e +ω2c )1/2∠<,(2)式中<=π/2-arctan (ωe /ωc ).从式(2)可看出,当ωe =ωc 时,<′与<幅值之比为1/2,相位差为π/4.从理论上来说,截止频率越小越好,但是截止频率太小,又会使低通滤波器对直流偏置信号的过滤性能降低.采用低通滤波器代替纯积分器的目的是为了避免由感应电流或电压引起的积分漂移,但是由低通滤波器引入的定子磁链的幅值和相位误差会影响电压矢量的选择和电磁转矩的响应.因此,采用低通滤波器代替纯积分环节时,必须对磁链的幅值和相位进行补偿,以下分析进行补偿的方法.如图1所示,设<′=arctan (ωe /ωc ),则图1 定子磁链的实际值与估计值的关系tan <′=ωe /ωc ,<+<′=π/2.因为 θ′+<′=θ′+(π/2-<)=θ′+[(π/2-θ′)+(θ′-<)]=π/2+(θ′-<),所以cos (θ′-<)=cos [(θ′+<′)-π/2]=sin (θ′+<′),于是有 ψsd =ψs cos (θ′-<)=ψs sin (θ′+<′)=ψs (sin θ′cos <′+sin <′cosθ′)=ψs [(ψ′sq /ψ′s )(ωc /ω)+(ψ′sd /ψ′s )(ωe /ω)]=(ω/ωe )ψ′s [(ψ′sq /ψ′s )(ωc /ω)+(ψ′sd /ψ′s )・(ωe /ω)]=(ωc ψ′sq )/ωe +ψ′sd ,(3)式中ω=(ω2e +ω2c)1/2.同理可得ψsq =-ωc ψ′sd /ωe +ψ′sq ,(4) 式(3),(4)为估计磁链的补偿公式,其原理如图2所示.图2 定子磁链补偿器原理图2 仿真结果2.1 感应电机直接转矩控制系统的结构在直接转矩控制技术中,基本控制方法就是通过电压空间矢量来控制定子磁链的幅值和旋转速度,以改变定子磁链的平均旋转速度的大小,从而改变磁通角的大小,达到控制电机转矩的目的.在实际控制系统中,通过测得的转矩和磁链分别与给定值进行比较,再将差值通过bang 2bang 控制得出开关信号,最后由开关信号选取适合的电压空间矢量,控制转矩和磁通的变化.感应电机直接转矩控制系统的仿真结构框图如图3所示.2.2 仿真所用的感应电机参数根据图3在Matlab 的Simulink 环境下建立直接转矩控制的仿真系统.仿真所用的感应电机参数为:额定功率为2.2kW ,额定电压为380V ,额定频率为50Hz ,额定转速为150rad/s ,定子电阻为2.23Ω,转子电阻为1.55Ω,定子电感为0.21H ,转子电感为0.21H ,励磁电感为0.1988H ,转动惯量为0.055kg ・m 2,极对数为2.2.3 仿真结果比较仿真系统中速度控制采用PID 控制器,ωe =6 华 中 科 技 大 学 学 报(自然科学版) 第33卷图3 直接转矩控制系统结构框图40rad/s,当t=1～1.5s时,加入幅值为0.3的直流偏置扰动信号,仿真时间为5s.图4和图5分别给出了仿真得到的定子磁链波形图和转矩实际值与估计值波形图.其中图4(a)为采用纯积分器的仿真图形,图4(b)为采用低通滤波器的仿真图形,图4(c)为采用低通滤波器补偿法的仿真图形.图5中波动较大的为转矩实际值,波动较小的为转矩估计值.图4 定子磁链波形图仿真结果显示,纯积分器不能滤除直流偏置信号,低通滤波器能够较好地滤除直流偏置信号,而采用低通滤波器补偿法不但能很好地滤除直流偏置信号,而且能减小磁链和转矩的观测误差,且容易实现,具有一定的实用价值.图5 转矩实际值与估计值波形图参考文献[1]李 夙.异步电动机直接转矩控制[M].北京:机械工业出版社,2001.[2]Seyoum D,Rahman M F,Grantham C.Sim plified fluxestimation for control application in induction machines [J].IEEE International Electric Machines and Drives Conference(IEMDC)Madison,2003,2:691—695 [3]Hu J un,Wu Bin.New integration algorithms for esti2mating motor flux over wide s peed range[J].IEEE Trans on Power Electronics,1998,9:969—997 [4]Nik Rumzi N I,Abdul H M Y.An im proved stator fluxestimation in steady2state operation for direct torque control of induction machine[J].IEEE Transaction on Industry Applications,2002,38(1):110—116[5]朱鹏程,康 勇,陈 坚.异步电机直接转矩控制系统研究[J].电力电子技术,2003,37(1):44—4616第8期 万叔芸等:一种感应电机直接转矩控制磁链观测的改进方法 。
PMSM DTC控制系统中定子磁链观测器的研究
的磁链矢量ϕ 的值就会减小并向逆时针旋转，直到重新与反电势正交。当 γ 角小于 90°时分
析方法相似。因此自适应积分器可以自动调整补偿磁链的幅值来达到消除直流偏移量的目 的。
-3-
β emf α
γ
ϕ2 ϕ2'
γ
PMSM DTC 控制系统中定子磁链观测器的研究
李钊，杨贵杰，李铁才，徐振刚
哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，黑龙江哈尔滨 (150001)
E-mail：stephenlz@
摘 要：针对直接转矩控制系统定子磁链观测器中积分环节对直流偏移量的积累误差问题， 以及在低速情况下观测结果受定子电阻变化影响较大的问题，提出了一种新型的基于改进型 积分器法并对定子电阻进行补偿的定子磁链观测器，该方法结构简单，易于工程实现。 Matlab/Simulink 仿真和实验表明，采用此方法的直接转矩系统能够在较宽的速度内运行，对 直流偏移量有很好的抑制效果，并且对定子电阻的变化具有较强的鲁棒性。 关键词：直接转矩控制；定子磁链观测；改进型积分器；定子电阻补偿 中图分类号：TM351
-2-
由于电机的机电时间常数远大于电磁时间常数，使得定子磁链瞬时转速变得比转子磁链 转速大，造成定转子磁链之间夹角瞬时增加，转矩迅速增大，反之亦然。这说明了磁链运行 状态是时进时退的，这样在磁链基波信号上必然会叠加上高频信号。另外，直接转矩控制中 反电势是通过定子绕组外加电压减去电阻压降求得的，定子绕组外加电压为六个电压矢量组 成的跳变信号，而电机中由于电感的作用电流为连续值，所以它们的差反电势为非连续的跳 变信号。
ϕ1
ϕ
ϕ'
直接转矩控制系统中定子磁链观测器研究
Ｄ Ｃ Ｄｒｃ Ｔｒｕ ｏｔ１是 继矢 量控制之 后发展 起 Ｔ （ ｉ ｔ ｏｑ ｅＣｎｒ ） ｅ ｏ
来 的又一高性 能 的交 流 变频 调 速 技 术 。其控 制 思 想
为 ：在 定子 静 止 坐标 系下 ，以空 间 矢量 概 念 ，对 定 子磁链定 向 ，通 过 较 易检 测 到 的定 子 电压 、电流 等 量 ，直 接在定 子 坐标 系 下计 算 与 控 制 电动 机 的磁 链
０ 引 言
由 Ｄ ｐ ｎ ｒｃ ｅａ ｂｏｋ最 早 提 出 的 直 接 转 矩 控 制 技 术
高 性 ，高 性 能交 流
调速 系统需 要实 时检 测转 子 或 定 子磁 链 的幅值 和相
位 ，电机磁链 的准确估算是实现高性能 电机传动系
统 的关 键环 节 ，系统 中定 子 磁 链观 测 的准 确性 对 系 统 的控 制 系能影 响尤 为 重要 儿引。 目前 比较 常见 的 定子磁链开 环计 算方 法 主要 有 ｕ—ｉ 型 、ｉ 模 —ｎ模 型 和ｕ —ｎ模型 ，ｕ— 模 型结 构简 单 ，在计 算过 程 中 Ｊ ｉ 唯一需要 了解 的电机参 数是 易于确定 的定子 电阻 。但 电压模 型 中使用的纯积分 环 节 ，微 小 的直 流偏置 都将 导致 积分饱和 ，从而造成 磁链估 算 的误 差 。一般 可采 用一 阶低通滤波器代替纯 积分环 节 ，以消除直流偏 置 的问题 ，但在低速时又存在 着严重 的 幅值 和相位 的误 差。针对以上 问题 ，本文提 出 了第 三种 观测器 即具 有 幅值 限制的改进型积分器 ，来 提 高定子磁链 观测 的精
徽 电机
直 接转 矩 控 制 系统 中定 子磁 链 观 测器 研 究
直接转矩控制论文：基于神经网络的电机磁链观测器的研究
直接转矩控制论文：基于神经网络的电机磁链观测器的研究【中文摘要】在实际电机直接转矩控制系统中定子磁链值是无法直接采样获得的,必须通过间接方法估算得到,即先采样定子电压、电流、转速等容易测量的量,再通过间接方法计算出定子磁链的幅值和相位。
直接转矩控制技术中的另一关键量电磁转矩也与定子磁链有关。
因此定子磁链能否准确获得直接关系到直接转矩控制系统高性能的转矩动态响应的实现。
本文应用神经网络理论,对异步电机定子磁链观测方法进行了研究,主要研究工作如下:本文先介绍了传统直接转矩控制中的三种磁链观测方法,并分析了这些方法的优缺点,其中详细分析了u-i模型中使用的纯积分环节还会带来直流偏移和初始值误差的问题。
接着介绍了其它学者针对u-i磁链观测模型提出的一些改进方法,这其中包括一阶低通滤波器法、幅值限定的定子磁链观测法、带幅值和相位补偿的定子磁链观测法、自适应积分器法,并分析了这些方法的优缺点,接着介绍了这些方法中涉及到的截止频率的选择方法。
在学者们研究的这些方法中,带幅值和相位补偿的定子磁链观测器,结构简单,容易实现,只需选择合适的截止频率即可使磁链观测器具有较好的直流偏移抑制能力,但是它的自适应能力差,当定子电信号频率变化和负载变化时,定子磁链观测器由于截止频率固定使之很难观测出准确的磁链值。
针对带幅值和相位补偿的定子磁链观测器的不足,本文提出了一种RBF神经网络定子磁链观测器法,即采用RBF神经网络重构基于电压模型的带幅值和相位补偿的变截止频率定子磁链观测器的方法。
最后对本文提出的方法进行了测试实验,从测试结果来看,训练好的RBF神经网络可以很好地实现带幅值和相位补偿的变截止频率观测器的功能,不仅如此,它的意义更是在于:对应两个离散截止频率点之间的频率区间,RBF神经网络磁链观测器利用神经网络的泛化能力和自适应能力,提高了磁链的观测精度。
测试结果与理论分析一致,证明了本文提出方法的有效性。
【英文摘要】In fact, the amplitude and phase of stator flux can not be obtaining by sampling directly, it usually be calculated indirectly by sampling the factors easily be obtained such as stator voltage, current and speed. Torque is the key quantity of DTC, and it is relate to the stator flux. So, accurate stator flux obtaining is the key factor to achieve good dynamic performance of torque response in DTC system.An observing method of motor stator flux based on neural network theory is studied in this paper. The main work is as follows:Three flux observers of conventional DTC is described in this paper at first, and then analyses the merits and demerits of these methods, especially detailed analyze the reason of the DC offset and initial phase issue bring by the pure integrator of the voltage-based method. Then introduce some modified methods of the pure integrator proposed by the other scholars, including the first-order low-pass filter,amplitude limited method, amplitude and phase compensation method, adaptive integrator method, and analyze the advantages and disadvantages of them, beside, introduce the selection of the cut-off frequency. Among those methods, stator flux with amplitude and phase compensation is easy to implement, it can make a good DC offset suppression if select a appropriate cut-off frequency. But, its adaptive ability is bad; it’s difficult to observe an accurate flux when the stator frequency and load change because of the fix cut-off frequency.To resolve the shortage of the stator flux observer with amplitude and phase compensation, a RBF neural network flux observer is proposed in this paper. At last, an experiment to test the method proposed in this paper, the results show that, the trained RBF neural network can achieve the function well of variable cut-off flux observer with amplitude and phase compensation. Not only that, the point is RBF neural network with great generalization and adaptive ability improves the accuracy of flux observation in the region of two discrete cut-off frequecy. Consistent with the theoretical analysis, the test results demonstrate the validity of the method proposed in this paper.【关键词】直接转矩控制定子磁链观测器截止频率 RBF神经网络【英文关键词】Direct torque control Stator flux observer Cutoff frequency RBF neural network 【目录】基于神经网络的电机磁链观测器的研究摘要4-5Abstract5第一章绪论8-13 1.1 交流电动机调速技术的发展和现状8-9 1.2 直接转矩控制技术概况9-10 1.2.1 直接转矩控制技术的产生与特点9 1.2.2 直接转矩控制技术的研究现状9-10 1.3 定子磁链观测的意义及研究现状10-12 1.4 论文的主要内容和工作12 1.5 本章小结12-13第二章异步电动机直接转矩控制的基本原理13-22 2.1 异步电动机的空间矢量概念13-14 2.2 坐标变换14 2.3 异步电动机的动态数学模型14-16 2.4 电压型逆变器的开关状态及输出电压空间矢量16-17 2.5 圆形磁链轨迹直接转矩控制基本原理17-21 2.5.1 磁链调节18-19 2.5.2 转矩调节19 2.5.3 扇区判断19-20 2.5.4 最优开关矢量表20-21 2.6 本章小结21-22第三章定子磁链观测方法的研究22-33 3.1 定子磁链观测模型22-26 3.1.1 u-i 模型22-24 3.1.2 i-n 模型24-26 3.1.3 u-n 模型26 3.2 改进的定子磁链观测方法26-32 3.2.1 一阶低通滤波器观测方法27-28 3.2.2 幅值限定的定子磁链观测器28-29 3.2.3 带幅值和相位补偿的定子磁链观测器29-30 3.2.4 自适应积分器30-31 3.2.5 截止频率ω_c 的选择31-32 3.3 本章小结32-33第四章定子磁链观测方法的仿真研究33-44 4.1 MATLAB/SIMULINK 简介33 4.2 圆形磁链轨迹DTC 系统仿真研究33-39 4.3 改进的定子磁链观测方法的仿真研究39-41 4.3.1 基于幅值限定的定子磁链观测器的仿真39-40 4.3.2 带幅值和相位补偿的定子磁链观测器的仿真40-41 4.4 定子磁链观测方法对直流偏移量处理的仿真研究41-43 4.5 本章小结43-44第五章 RBF 神经网络定子磁链观测方法研究44-63 5.1 RBF 神经网络的结构44-46 5.2 RBF 神经网络的学习过程46 5.3 RBF 神经网络定子磁链观测器设计46-59 5.3.1 数据采集实验47-50 5.3.2 数据处理50-55 5.3.3 神经网络的训练55-59 5.4 测试结果及其分析59-62 5.5 本章小结62-63总结与展望63-65一、总结63二、展望63-65参考文献65-68致谢68-69附录A （攻读学位期间发表论文目录）69-70附录B （硬件实物照片）70。
双三相异步电动机直接转矩控制定子磁链观测的研究
基于定子磁链定向的直接转矩控制
基于定子磁链定向的直接转矩控制基于定子磁链定向的直接转矩控制是一种电机控制技术，它通过对电机磁链的控制来实现对电机的转矩控制。
这种控制方法具有高效、精确和稳定等优点，因此在现代工业中被广泛应用。
定子磁链定向控制是指通过对电机的定子电流进行控制，使得电机的磁链方向与定子磁场方向一致。
这样可以使得电机的转子始终处于定子磁场的作用下，从而实现对电机的转矩控制。
在传统的电机控制方法中，通常采用PWM控制来控制电机的转速和转矩，但是这种方法会导致电机的效率低下，同时还会产生大量的电磁干扰。
直接转矩控制是一种新型的电机控制技术，它可以实现在不使用PWM控制的情况下，直接对电机的转矩进行控制。
这种方法通过对电机的电流进行控制来实现对电机的转矩控制，可以有效地降低电机的损耗和电磁干扰。
基于定子磁链定向的直接转矩控制是一种结合了以上两种控制方法的电机控制技术。
它通过对电机的定子电流进行控制，实现对电机的磁链定向控制，同时通过对电流的直接控制，实现对电机的转矩控制。
这种控制方法具有高效、精确和稳定等优点，因此在现代工业中被广泛应用。
基于定子磁链定向的直接转矩控制的实现需要使用一些特殊的控制器和算法。
其中最常用的是空间矢量调制控制（SVM）算法。
这种算法可以将三相电流转换为空间矢量，并通过对空间矢量进行控制，实现对电机的转矩和转速控制。
同时，还需要配合使用一些传感器和反馈控制技术，来实时监测电机的状态，并进行控制调节。
总的来说，基于定子磁链定向的直接转矩控制是一种高效、精确和稳定的电机控制技术。
它可以在不使用PWM控制的情况下，实现对电机的转矩和转速控制，从而提高电机的效率和精度。
随着科技的不断进步，这种控制技术将会得到进一步的发展和应用。
关于直接转矩控制的专题调研报告
关于永磁同步电机直接转矩控制技术的专题调研报告1直接转矩控制技术的产生和应用发展1.1直接转矩控制技术的产生直接转矩控制简称DTC（direct torque control），是在20世纪80年代中期发展起来的继矢量控制之后的一种高性能交流电机变频调速技术。
1985年，德国鲁尔大学M.Depenbrock教授和日本学者I.Takahashi针对于异步电机分别独立提出了直接转矩控制方法，引起了学术界极大的兴趣和关注。
实际上，早在1977年，美国学者ALLAN B. PLUNKETT就在IEEE杂志上首先提出了类似于直接转矩控制的结构和思想的直接磁链和转矩调节方法，其控制原理框图如图1所示。
其中，转矩给定与反馈之差通过PI调节得到滑差频率，再加上电机转子机械速度得到逆变器应该输出的电压定子频率；定子磁链给定与反馈之差通过积分运算得到一个电压与频率之比的量，并使之与定子频率相乘得到逆变器应该输出的电压，最后通过SPWM方法对电机进行控制。
其磁链通过在电机里安装线圈来测量得到，因此应用起来颇为困难，从而未曾引起广泛的注意。
图1 ALLAN B. PLUNKETT提出的直接转矩控制原理框图1981年，日本学者S.Yamamura在开发交流电机速度控制系统时提出了磁场加速控制法，并且关键性地指出如果维持气隙磁场幅值不变，则电压、电流和转矩等其他物理量仅为转差的函数，此时只需通过调节气隙磁链的旋转速度，即可改变其对转子的瞬时转差频率从而可以达到控制转矩的目的。
1983年，日本学者Y.Murai等人将空间电压矢量理论应用于PWM逆变器感应电动机传动系统中，把逆变器和电动机看作一个整体，综合三相电压进行控制，提出了磁链轨迹控制法，基于电压和磁链空间矢量概念，成功地解决了瞬时主磁链的计算问题，并且较方便地控制其幅值在整个调速范围内近似保持不变，从而使其轨迹接近于圆形。
1985年德国鲁尔大学M.Depenbrock教授通过对瞬时空间矢量理论的研究，首次提出了直接转矩控制的理论——直接自控制[2]，简称DSC（direct self control）。
直接转矩控制系统定子电阻观测的研究
仪器仪表用户
４ 结 束 语
介绍了一种新型 的微小倾角光学测量系统。该系统结合半导体 位置探测器件 Ｐ Ｄ和 Ｌ ８４以及 Ｉｔｌ８Ｃ５ Ｓ Ｍ３ ２ ｎ ｅ ０ １单片机，把 Ｐ Ｄ Ｓ 测量的倾角转换为电流 ，再用精密 电流检测器件 Ｌ ８ ４ Ｍ３ ２ 将其变换 为Ｐ ＷＭ 信号 ，最后通过 Ｉｔｌ ０ ５ 对 Ｐ ｎ ｅ ８Ｃ １ ＷＭ 信号 占空 比的采样 计算电流 ，从而完成对倾角的精密测量。实验表明，该系统能够对 微 小倾角进行准确测量 。经实 际测量 ，该装置测量误差 小于 ０１Ｏ ． ， 可满足大量工程上的应用。＠
摘要 ：目前直接转矩控 制系统是控制感应电动机的一种瓤兴技术，它不需要 复杂的控制算法就可以得到异步 电动机的磁链和转矩。但是感应电动机定子 电阻的变化影响直接转矩控制系统的低速性能，因此调节电动机的定子电阻 是非常重要的。本文综述 了直 接转矩控制 系统定子 电阻观测方 法 的研 究现 状，阐述 了定子电阻不同的观测方法，并展望 了直 接转矩控 制按术的应用 前 景。 ．
ｆ ｖ ｒ ｂｌ ｏ ｔ ｅ ｈ ｉ ｕ ｏｒ ｃ ｔｏ ｌ ｇ ｉ ｄ ｃ ｉ ａ ｏａ ｅ ｃ ｎ ｒ ｔ ｃ ｎ ｑ ｅ ｆ ｏｎ ｒ ｌｎ ｎ ｕ ｔ ｏｌ ｉ ｏｎ ｍｏ ｏｒ ｄ ｉｅｒ． Ｉ ｔ ｒ ｖ ｓ ｔ ａｌｗｓ ｔ ｅ ｐ ｅ ｉｅ ｎ ｕｃ ｏ ｔ ｌｏ ｈ ｎ ｃ ｉ ｎ ｍｏ ｏｒｆ ｘ ａ ｄ ｌ ｏ ｈ ｒ ｃｓ ａ ｄ ｑ ｉ ｋ ｃ ｎ ｒ ｆ ｔ ｅ ｉｄｕ ｔ ｏ ｏ ｔ ｌ ｎ ｕ ｔ ｒ ｕ ｔ ｏ ｔｃ ｌｎ ｏ ｏ ｏ ｑ ｅ ｗｉ ｕ ａ ｌ ｇ ｆ ｒ ｃ ｍｐｅ ｏｎ ｒ ｌａ ｇ ｒ ｈ ｈ ｉ ｌｘ ｃ ｔｏ ｌ ｏ ｔ ｍｓ ｈ ｈ ｎ ｅ ｏ ｉ ．Ｔ ｅ ｃ ａ ｇ ｆ ｔｅ ｎ ｎ ｃｉｎ ｈ ｉ ｉｄｕ ｔ ｍｏ ｏ ｌ ｇ ｅ ｔ ａ ｅ ｔ ｔ ｅ ｅ ｏ ｍ ａ ｃ ｓ ｏ ＤＴ ｏ ｔ ｒ ｗｉ ｒ ａ ｌ ｆ ｃ ｈ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｆ ｌ ｙ ｆ Ｃ ｓ ｓｅ ｙ ｔ ｍ ｎ ｎ ｔ ｌｗ Ｊ ａ ｏ ｓ ｅ ｄ ． Ｓｏ ｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｓ ａ ｏ ｒ ｓ ｓ ａ ｃ ｏ ｐ ｅ ｓ ｔ ｎｎ ｈ ｔ ｔ ｒ ｅ ｉｔ ｎ ｅ ｆ ｉｄ ｃ ｉｎ ｎ ｕ ｔ ｍｏ ｏｒ ｉ ｅ ｙ ｍｐ ｒ ｎ ．Ｔ ｉ ｐ ｐ ｓ ｍｍａ ｚ ｐ ｅ ｅｎ ｏ ｔ ｓ ｓ ｖ ｒ ｉ ｏ ｔ ｔ ｈ ｓ ａ ｅｒ ｕ ａ ｉ ｒ ｅ ｒｓ ｔ
直接转矩控制定子磁链观测新方法
依 赖性 较 强 ， 时还 需 精 确 的测 量 角 速 度 。 有 方 同 也
法 将 “ｉ 型 与 ｉ ．模 － 型 结 合起 来 ， 同样 存 在 结 ｎ模 但
构 复杂 ， 参数 依 赖 性 强 的 问题 。 对 这 里 从 电机 的数 学 模 型 出 发 ．推 导 出 一种 不
ＹＵＥ Ｚ ｏ ｈ ｕ．Ｔ ｉ． ｎ ＡＮ Ｊａｆ ａ
（ ｎｎ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｏ ｕ ａｉｅ ｎ ｃ ｎｅａｄ Ｔｃ ｎｌ ｙ Ｌ ｕｉ １０ １ ｈｎ Ｈｕａ ｎｖ ｓｙ ｆＨ ｍ ｎｔｓａｄＳ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ， ｏｄ ４ ７ ０ ，Ｃ ｉ ｅ ｉ ｉ ｅ ｏ ａ）
第４ ４卷 第 １ 期 １
２１ ０ ０年 １ １月
电 力 电 子 技 术
Ｐ ｗｅ ｅ ｔｏ ｉ ｓ ｏ ｔＥｌ ｃｒ ｎ ｃ
Ｖｏ ．４．Ｎ ． ｌ １ ４ ｏ１ Ｎｏ ｅ ｅ ０ ０ ｖ ｍｂ ｒ２ １
直接转矩控制定子磁链观测新方法
岳 舟 ，谭 甲凡
４７０ ） １０ １ （ 南 人 文 科 技 学 院 ， 信 与 控 制 工 程 系 ，湖 南 娄 底 湖 通
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｓ ａｏ ｌ ｘ ｏ ｓ ｒ ａｉｎ ｉ ｖ ｒ ｍｐ ｒａ ｔｉ ｈ ｉ ｃ ｏ ｑ ｅ ｃ ｎ ｒ １Ａ ｒ ｓ ｎ ．ｔ Ｓ ｃ ｍｍｏ ｏ ｕ ｅ ｔ ｅ Ⅱ ｓｒ ｃ ： ｔ ｔｒ ｆ ｂ ｅ ｖ ｔ ｓ ｅｙ ｉ ｏ ｔ ｎ ｎ ｔ ｅ ｄ ｒ ｔ ｔｒ ｕ ｏ ｔ ． ｔ ｐ ｅ ｅ ｔ ｉ’ ｏ ｕ ｏ ｅ ｏ ｎ ｔ ｓ ｈ 一
Ｆ ｕ ｄ ｔ ｎ Ｐ ｏｅｔＳ ｐ ｏ ｅ ｙＥ ｕ ａｏ ｅ ａ ｍ ｎ ｒ ｒｍ ｏ ｎ ｎＰｏｉｃ （ ｏ１Ｃ ８ ２ ｏ ｎ ａ ｏ ｒｊｃ ：ｕ ｐｒ ｄｂ ｄ ｃｔｎ Ｄ ｐ ｒ ｅｔＰｏ ａ ｆ ｉ ｔ ｉ ｔ ｇ Ｈｕａ ｒｖｎｅ Ｎ ． ０ ３ ） ０
电机直接转矩控制的研究报告及其发展
电机直接转矩控制的研究及其发展摘要：异步电机直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后的一种具有良好的静态与动态性能的交流传动控制技术。
本文在研究了传统的直接转矩控制系统的基础上，介绍一种新型的定子磁链观测器和调节器，采用新型的电压矢量选择表代替传统的电压矢量选择表，最后叙述了直接转矩控制的发展方向。
关键词：异步电机，直接转矩控制，定子磁链观测器Research of Direct Torque Control of Asynchronous Motor Abstract: Following the Vector Control (VC) technique, Direct Torque Control (DTC) of asynchronous motor is anAC driving control technique which has high static and dynamic performance. On the basis of the study of the traditional DTC, a new stator flux observer and controller is proposed in this paper, and the traditional voltage vector selection table is replaced by a new selection table. The last, this paper describes the direction of development of Direct Torque Control.Key Words: asynchronous motor，DTC，stator flux observer1 异步电机调速系统控制策略发展概况异步电机相对于直流电机在结构简单、维护容易、对环境要求低以及节能和提高生产力等方面具有明显的优势，使它已经广泛运用于工农业生产、交通运输、国防以及日常生活之中。
异步电动机直接转矩控制中高性能磁链观测器研究
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触 持电棚 ２７ 第 期 ０ 年 ２ ０
异 步 电动机 直 接 转 矩 控 制 中高 性 能 磁 链 观 测 器 研 究
张继 勇 ， 袁如 明
（ Ｉ 扬卅 大学 ， 江苏扬 州 ２ ５０ ） ２ ０ ９ 摘 要： 磁链观测是 实现 高性 能电机传动系统的关键环节 ， 为解决传统直接转矩控制 系统 中定 子磁 链观测方法
ｗｈ ｃ ｃ ｕ ａｅ ｏ ｓ ｒ ａｉ ｎ ｏ ｔｔ ｒｆｕ ｓ ｂ ｅ ｅ ｌｚ ｄ ｉ ｄｅｓ ｅ ａ ｅ， ｓ ｃａ ｌ ｎ ｅ ｔｅ ｌ ｏ ｓ ｅ ｄ． ｅ ｓｍ ｕ ｉ ｈ ａ ｃ ｒ ｔ ｂ ｅ ｔｏ ｆｓａｏ ｘ ｈａ ｅ ｎ ｒａ ｉｅ ｎ ａｗｉ ｐｅ ｄ ｒｎｇ ｅ ｐｅ ｉｌｙｉ ｘｒ ｍｅｙ ｌｗ ｐ ｅ Ｔｈ ｉ — ｖ ｌ ｌ ｔ ｎ ａ ｄ ｅ ｐｅｉ ｎ ａ ｅ ｕｔ ｈ ｗｅ ｈ ｔｔ ｓｓ ｈｅ ｉｅ ｎ ｏ ｖ ｏ ｓｙａ ａ ａ ｅ ｏ ｅ ｈ ｌｓ ｉａ ｅｈ ｄ ｎ ｓａ ｏ ｕ ａｉ ｎ ｘ ｒｍｅ ｔ ｌｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｄ ｔａ ｈｉ ｃ ｍｅ ｇｖ ｄ ａ ｂ ｉ ｕ ｌ ｄｖ ｎｔｇ ｖ ｒｔ ｅ ｃａ ｓｃ ｌｍ ｔ ｏ ｓ ｉ ｔｔｒｆ ｘ ｏ ｌ ｅ ｔ ａｉｎ，ｈ ｏ ｑ ｓｉ ｔｏ ｔ ｅ ｔｒ ｕｅ， ｕｒｅ ｔａ ｄ ｓ ｅ ｄ ｐ ｓ ｔｏ ａ ｅｂｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｄｕ ｉ ｔａ ｙ ｓａｅ，ｎｄ ｄｅ ｏ ｔａｅ ｇ ｅ ｏ ｕ ｔ ｓ ｍ ｃ ｒ ｎ ｎ ｐ ｅ ｕｌａｉｎ ｈ ｖ ｅ ｅ ｕ ｅ ｒｎｇ ｓｅ ｄ ｔ ｔ ａ ｍ ｎｓｒ ｔｄ ｈｉｈ ｒｒ ｂ ｓｎｅ ｓ
的局限性 ， 设计 了高性 能全 阶磁链 观测器实现 了定子磁链在全速度范 围 ， 尤其在 极低速 时的准确观 测。仿真和实验 结果表明 ： 此方案对定子磁链 的观测 效果 明显优于传统的观测方法 ， 降低 了稳态 时转矩 、 磁链和速度 的波动 ， 并对 电
一种改进的直接转矩控制系统定子磁链观测方法
子电阻随温度变化时 ， 会使定子磁链观测精度下 降， 以致系统不能有效工作。另外 ，．模型磁链 ｕｉ
Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ｎ ｈ ｏ ｕ ｃ ｎ ；ｄ ｒ ｃ ｏ ｑ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｔ ｔ ｒ ｆｕ ｂቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｅ ｖ ｒ ｙ ｗｏ ｄ ：ａ ｙ ｃ ｒ ｎ ｓ ｍａ ｈｉ ｅ ｉｅ ｔｔ ｒ ｕ ｏ ｔ ｏ ；ｓａ ｏ ｘ ｏ ｓ ｒ ｅ ｌ
０ 引 言
异步电机直接转 矩控制 方法于 １８ ９５年首次 提出。作为一种先进 的电机控制技术 ， 它不需要 解耦电机模型， 强调对 电机转矩进行直接控制 ， 很 大程度上克服了矢量控制的缺点， 成为交 流电机 调速控制理论 的义一次新的突破 。 直 接转 矩控 制 的显 著特 点 是 定 子 磁 场 定 向。
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一
种改进的直接转矩控制系统定子磁链观测方法
《 电机 与 控制应用） ０６３ （ ） ） ０ ， ６ ２ ３
一
种 改进 的直 接 转 矩 控 制 系统
定 子磁 链 观 测 方 法
李春杰 ， 李旭春
（ 清华大学 自 动化 系， 北京 １ ０ ８ ） ０ ４ ０
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｏ ｖ ｎ ｉ ｎ ｌ ｔｔｒｆｕ ｂ ｅ ｖ ｒ — ｍｏ ｅ ｈ ｓ ｔｅ ｌ ｔ ｔ ｎ ｆ ｏ ｒ ｅ ｏ ｍａ ｃ ｆｌｗ ｓ ｅ ｄ ｒｇ ｏ ｓｒ ｃ ：Ｃ ｎ ｅ ｔ ａ ｓａ ｏ ｘｏ ｓ ｒ ｅ ｉ ｄ ｌ ａ ｈ ｉ ａｉ ｓｏ ｏ ｒ ｒ ｎ ｅ ｏ ｐ ｅ ｅ ｉ ｎ ｏ ｌ ｕ ｍｉ ｏ ｐ ｐｆ ｏ
定 子磁链 的观 测 一 般 采 用 电压 一 电流 模 型 （ —模 ｕ
分环节引入饱和状态 ， 从而使定子磁链 幅值产生 交流分量 ， 使定子磁链 圆变形和转矩脉动增加 ， 使
基于速度自适应磁链状态观测器的感应电机直接转矩控制系统研究
Ψ ^s Ψ ^r
( 6)
e Wdt ∫ =∫ e , e ・(ΔA Δω + ΔA ΔR ) Δ ω e JΨ =^ dt + ∫ (Δ R / δ ) (L e Ψ ^ - L e Ψ ^ )dt ∫
T 0
t0
t0
0
T s
T r
Ψ ^s Ψ ^r
ωr
r
Rs
s
dt
t0
0
T r r
r
t0
0
s
T r s
e ∫
0
t0
0
r
1
T
i
r
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T
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i qs
dr
i ds
qr
t0
0
s
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m
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0
s
2
i ds
r
ds
m
dr
式中 ei = [ ei ds , ei qs ] T = i s - ^ is
=
i ds - ^ i ds , i qs - ^ i qs
直接转矩控制系统中定子磁链观测器研究
根据异步电机电压方程, 可以得出异步电机定子
- 轴上的电动势, 再进行积分得到定子磁链:
E s = us - Rs is , E s = us - R s is
( 3)
s = E s dt, s = E s dt
( 4)
对式 ( 4) 进行 拉氏变换, 采用一阶低通滤波 器代替 纯积分环节, 可得:
0 15 H, 极对数为 2, 转动惯量 J = 0 013 kg m2。
直接转矩控 制系统中: 磁链幅值 给定
* s
=
0 8 W b, 转 矩 滞 环 差 [ - 1, 1 ] , 磁 链 滞 环
差 [ - 0 05, 0 05], 逆变器 中心点 电压 E = 285 V。
P I调节器的参数 K p = 16, K i = 1, 转矩调节器的限
参考文献
[ 1] 陈伯时. 矢量控制与直接转矩控制的理论基础和应用特色 [ J ]. 电力电子, 2004, 2( 1 ) : 5 9.
[ 2] 文丽, 戴巨 川, 黄良 沛. 磁 通观 测改进 的无 速度 传感 器 DTC 系统 [ J] . 电机与控制学报, 2007, 11( 6) : 615 619.
算精度, 具有较好的低速性能。
1 三种磁链观测器
永磁同步电机直接转矩控制系统理论及控制方案的研究
永磁同步电机直接转矩控制系统理论及控制方案的研究Study of the Scheme and Theory of the Direct Torque Control in PermanentMagnet Synchronous Motor Drives田 淳 胡育文(南京航空航天大学航空电源航空科技重点实验室 210016)Tian Chun H u Yuw en (Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 210016 China ) 摘要 进一步研究了永磁同步电机直接转矩控制理论,明确了零电压矢量在控制过程中的作用,实现了基于定子磁链观测的永磁同步电机调速系统。
电机系统具有良好的性能。
实验结果论证了该方法在永磁同步电机拖动系统中的实用性。
关键词:永磁同步电机 直接转矩控制 磁链中图分类号:T M92115Abstract This paper im proves the theory of direct torque control (DT C )in permanent magnet syn 2chronous m otor (PMS M )and im plements the variable -speed PMS M system 1The function of zero -v oltage vector is proposed in the control method 1The system has shown g ood performances and its experimental results verify the reliability and practicability of this method in PMS M drives 1K eyw ords :Permanent magnet synchronous m otor Direct torque control Flux linkage航空基础科学重点基金项目资助(98Z 52001)。
感应电机直接转矩控制系统的新型滑模定子磁链观测器
感应电机直接转矩控制系统的新型滑模定子磁链观测器
张兴华;石万;李磊
【期刊名称】《电气传动》
【年(卷),期】2014(044)010
【摘要】为提高定子磁链的估计精度,改善直接转矩控制驱动系统的性能,提出了一种新型定子磁链滑模观测器.采用Lyapunov稳定性理论证明了观测器是稳定的.该观测器的实现无需电压信息,对电机参数变化具有强鲁棒性,即使在电机低速运行区依然能够提供精确的磁链估计值.仿真结果验证了基于该观测器的感应电机直接转矩控制系统具有优良性能.
【总页数】4页(P3-6)
【作者】张兴华;石万;李磊
【作者单位】南京工业大学自动化与电气工程学院,江苏南京211816;南京工业大学自动化与电气工程学院,江苏南京211816;泰州市华源电机有限公司,江苏泰州225500
【正文语种】中文
【中图分类】TM921;TP13
【相关文献】
1.基于滑模观测器的感应电机无速度传感器直接转矩控制 [J], 孙振兴;张兴华
2.基于宽速滑模观测器的新型自减速永磁轮毂电机无传感器直接转矩控制 [J], 樊英;张丽;程明
3.基于速度自适应磁链状态观测器的感应电机直接转矩控制系统研究 [J], 李磊;胡育文
4.感应电机直接转矩控制系统的滑模观测器设计 [J], 张兴华;朱鹏程;李磊
5.感应电机二阶滑模次优算法定子磁链观测器设计 [J], 潘月斗;陈泽平;郭映维因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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由以上试验可以看出本文所提出的具有幅值限 制的改进型积分器, 不仅使系统在在高速时具有很 强的抗扰性, 而且能够改善系统的低速性能, 由波 形图可以看出, 在转速较低时也能较有效地抑制系 统中积分器所引起的初始值误差和直流偏置所引起
的偏移误差, 提高了定子磁链的估算精度, 使系统 具有良好的动、静态性能。
2 SIMULINK 环境下直接转矩控制系统 仿真模型
直接转矩控制技术中, 基本控制方法就是通过
选择电压空间矢量来控制定子磁链的幅值和旋转速 度, 以改变定子磁链的平均转速, 从而改变磁通角 的大小, 达到控制电机转矩的目的。本文中所构造 的直接转矩控制系统结构框图如图 4所示。
49
图 4 直接转矩控制系统结构框 图
由式 ( 1 )、式 ( 2 ), 可 得定 子 磁链 模型 如图 1 所示。
图 1 基于纯积分器的定子磁链观测模型
1 2 基于一阶低通滤波器的磁链观测器 系统中常用一阶低通滤波器代替积分器来消除积
分器的不良影响, 积分器中的直流偏移问题可以通过在 滤波器中设置较大的截止频率来加以解决[ 3] [ 6] 。
根据异步电机电压方程, 可以得出异步电机定子
- 轴上的电动势, 再进行积分得到定子磁链:
E s = us - Rs is , E s = us - R s is
( 3)
s = E s dt, s = E s dt
( 4)
对式 ( 4) 进行 拉氏变换, 采用一阶低通滤波 器代替 纯积分环节, 可得:
[ 3] 王宇, 邓智泉, 王晓琳. 无轴承异步电机的直接 转矩控制技术 研究 [ J] . 中国电机工程学报, 2008, 28( 21) : 80 84.
立的直接转矩仿真系 统定子磁链的 轴分量波 形,
图 6为定子磁链轨迹波形, 图 7为转矩响应波形。
50
直接转矩控制系统中定子磁链观测器研究 吴晓新, 等
由图 5定子磁链在 轴分量波形轨迹可以看出, 基于纯积分器的磁链观测器在观测定子磁链时, 其
轴初始值分量为 0 7W b, 所以存在着初始值误差。 由图 6定子磁链轨迹可以看出当定子磁链观测器采 用一阶低通滤波器时, 可以克服定子磁链的初始值 误差, 但是在转速较低时磁链轨迹由圆形变为了六 边形, 观测磁链存在着严重的相位和幅值误差, 同 时根据图 7转矩波形可以看出在直流偏移的情况下 其转矩也发生了很大的脉动。由此可见低通滤波器 在低速下不能抑制直流偏置, 还存在着幅值和相位 的误差。由图 5- 图 7可以看出带幅值补偿改进型积 分器观测出来的定子磁链轨迹较平稳, 没有初始值 误差, 同时改善了一阶低通滤波器所存在的低速情 况下磁链观测存在相位和幅值误差, 以及直流偏移 所引起的转矩脉动, 低速性能较好。
定子磁链可由下式计算:
s= Es /s
即
s s= Es
( 6)
等式两边同时加上 !c s 则有: s s + !c s = E s
+ !c s, 于是式 ( 6) 可以变换为:
s = E s / ( s+ !c ) + !c s / ( s+ !c )
( 7)
式中, s 为磁链实际值; !c 为低通滤波器的截止频
算精度, 具有较好的低速性能。
1 三种磁链观测器
1 1 基于纯积分的磁链观测器 直接转矩控制越来越受到青睐的一个主要原因
在于采用结构简单 的积分器对定 子磁链进 行估算, 从而 使 系 统 具 有 快 速 的 动 态 响 应 和 相 对 简 单 的 结构 [ 3] [ 6 ] 。
DTC 系统中 采 用的 是两 相静 止坐 标 ( - 坐 标 ) , 将三相坐标变换到两相坐标模型:
幅值为 30 N m。
仿真试验中, 给定负载转矩为 10 N m, 仿真时
间为 1 s, 初始给定转速 !*r = 800 r /m in, 低通滤波
器 !c = 18 5。 0 2 s后对定子电流加入 0 06 A 的直
流偏移量, 0 3 s后转速下降为 100 r /m in。仿真波
形如图 5- 图 7所示, 图 5为基于三种磁链观测器建
2010 年第 43卷第 9 期
直接转矩控制系统中定子磁链观测器研究
吴晓新, 顾菊平, 易龙芳
( 南通大学 电气工程学院, 南通 226019)
摘 要: 针对 电机直接转 矩控制中 传统的定子 磁链纯积 分器估算方 法和低 通滤 波器 估算方 法的 不足, 该文提 出了 一种 具有幅值限 制的改进 型积分器的 定子磁链 观测器, 不 仅可以避免 积分饱和, 而且 采用这 种磁 链观 测器的 系统 在高 速时具有较 强的抗扰 性, 在低速 时也能较有 效的抑制 积分器的初 始值误差 和直 流偏移 误差, 可以 提高定 子磁 链的 估算精度 , 从而获得 较好的电机 动、静态性 能。 关键词: 直接转矩控制; 幅值限制; 误差抑制; 定子磁链观 测器
磁场 控制是实现高 性能交流调速方 法的基础, 定子磁场控制的直接转矩控制系统能最大程度地减 少调速系统对电机参数特别是转子参数的依赖, 提
高控制系统的鲁棒性和响应的快速性, 高性能交流 调速系统需要实时检测转子或定子磁链的幅值和相 位, 电机磁链的准确估算是实现高性能电机传动系 统的关键环节, 系统中定子磁链观测的准确性对系 统的控制系能影响尤为重要 [ 2] [ 4 5] 。目前比较常见的 定子磁链开环计算方法主要有 u - i 模型、 i - n 模型 和 u - n模型 [ 6] , u - i 模型结构简单, 在计算过程中 唯一需要了解的电机参数是易于确定的定子电阻。但 电压模型中使用的纯积分环节, 微小的直流偏置都将 导致积分饱和, 从而造成磁链估算的误差。一般可采 用一阶低通滤波器代替纯积分环节, 以消除直流偏置 的问题, 但在低速时又存在着严重的幅值和相位的误 差。针对以上问题, 本文提出了第三种观测器即具有 幅值限制的改进型积分器, 来提高定子磁链观测的精 度, 以可以满足国内外一般用途需要的异步电机为例, 用以下三种模型进行了仿真研究, 结果表明: 具有幅 值限制的改进型积分器在低速时能较有效的抑制积分 器的初始值误差和直流偏移误差, 提高定子磁链的估
0 15 H, 极对数为 2, 转动惯量 J = 0 013 kg m2。
直接转矩控 制系统中: 磁链幅值 给定
* s
=
0 8 W b, 转 矩 滞 环 差 [ - 1, 1 ] , 磁 链 滞 环
差 [ - 0 05, 0 05], 逆变器 中心点 电压 E = 285 V。
P I调节器的参数 K p = 16, K i = 1, 转矩调节器的限
中图分类号: TM 343; TM 274+ 2
文献标志码: A
文章编号: 1001 6848( 2010) 09 0048 04
Study of Stator F lux Ob server in D irect Torque C on trol
WU X iao x in, GU Ju ping, Y I L ong fang
s = E s /( s+ !c )
( 5)
式 ( 7) 中, !c 为转折频率。该式 是一阶低通滤
波器, 是纯积分模型的替换环节。磁链观测器的模
型结构如图 2所示。
图 2 低通滤波定子磁链观测器模型
1 3 具有幅值限制改进型积分器的磁链观测器
在一阶低通滤波器的基础上将输出的磁链引回
作反馈补偿, 建立一种介于纯积分和低通滤波器之 间的算法。
3 仿真及结果分析
利用本文所构建的仿真系统, 对一台异步电机 直接转矩控制系统进行了仿真研究, 电机参数为: 额
2010 年第 43卷第 9 期
定功率 3 kW, 额定电压 380 V, 额定频率 50H z, 额
定磁链 1 5W b, 定子电阻 1 2 ∀, 转子电阻 1 ∀, 定
子电感 0 1554 H, 转子电感 0 1568 H, 定转子互感
率。E s = us - R s is
将式 ( 7) 构成的磁链观测器输出的两个分量 s
和 s 进行幅值和相位分离后, 再进行闭环反馈的幅
值补偿, 这样就形成了一种带幅值补偿的定子磁链观
测器, 其仿真模型如图 3所示。增加限幅器可以解决
Байду номын сангаас
积分饱和的问题, 限幅器的上限取定子磁链给定值。
图 3 带幅值补偿定子磁链模型结构
(N antong University, N antong 226019, China )
Abstract: A im ed at sho rtage o f pure integrato r and low pass filterm ethod of stator flux linkage estim ation in DTC, th is paper presented an im proved integrator flux linkage observatory w ith amp litude lim ited to prov ide integra l saturat ion. S im ulat ion show s that the system used this flux linkage observer has strong imm un ity in h igh speed, and it can inh ib it in it ial va lue inaccuracy o f integ rator and DC sh ift inaccuracy, it a lso im proves estim ating precision o f stato r flux linkage and takes on a preferab le perfo rm ance o f the static and dy nam ic state. K ey W ord s: D irect torque contro;l Am plitude lim ited; Inaccuracy inhibit ing; S tator f lux linkage observer