永磁同步电机的直接转矩控制(中文)外文翻译

在永磁同步电机直接转矩控制系统中的模拟研究

摘要-为了提高永磁同步电机的动态性能，提出了永磁同步电机（ PMSM ）的直接转矩控制（ DTC ）方案。基于永磁同步电机的数学模型和DTC 系统的工作原理的深入分析，在Matlab / Simulink 中建立这个系统的仿真模型，来进行模型的广泛研究。大量的仿真结果表明永磁同步电机的DTC 系统具有较快的响应速度和良好的动态性能，验证了这个系统的正确性和可行性。

关键词-永磁同步电机;磁链估计;直接转矩控制; 空间矢量脉宽调制

I.引言

在过去的几年里永磁同步电机（ PMSM ）在越来越多的广泛应用中被熟悉，由于它的特性，例如体积小、重量轻、效率高、惯性小、转子无散热问题等[ 1]。

直接转矩控制（ DTC ）是矢量控制之后的一种新的控制方法。它摈弃了矢量解耦思想控制，并使用该定子磁链直接控制磁链和电动机的转矩。因此，该系统的动态反应是非常快的[2]。

DTC 控制策略应用于永磁同步电动机，以提高电机的转矩特性，其目前已经引起了人们的广泛关注。

传统的DTC 通常采用开关控制策略来实施。但这种控制策略不能同时满足系统在转矩和磁链上的要求，这导致由系统生成的磁链和转矩有很大的波动并导致脉冲电流的问题和更高的开关频率变化引起的开关噪声。空间矢量脉宽调制（ SVPWM ）控制策略已广泛用于电机速度控制领域，由于其潜在的优点，例如小电流波形畸变，直流电压的高利用率，易于数字实现，恒定的开关逆变器的频率，从而有效地降低电机转矩和磁链的脉动等等。

本文研究的对象是永磁同步电机。在应用中， 基于空间矢量脉宽调制的DTC 策略被用来模拟。结果表明，该系统具有响应速度快的优势，良好的动态性能等[3] [4]。

II.永磁同步电机的直接转矩控制技术

永磁同步电机的定子磁链不仅包括由定子电流产生的，而且还包括由永磁转子产生的，这取决于定子和转子的参考系之间的位置角度r θ。因此定子磁链可以表示为：

r

j s s s PM L i e θ

ψψ=+ （1）

其中，下标s 是静态的参考坐标系，

s

L 是定子自感，

PM

ψ是转子永磁磁链。

基于定子参考框架的永磁同步电机定子电压方程可以被表示为以下等式：

s

s s s d u R i dt ψ=+

（2）

因此

r

j s s s s s r PM dL i u R i j e dt

θωψ=++ （3） 根据坐标变换公式，从静止坐标转换为旋转坐标的矢量转换

如下：

r r r j sr s j sr s j sr s u u e i i e e

θθθψψ---⎧=⎪

=⎨⎪=⎩ （4）

把公式（1）和公式（3 ）代入到公式（4） ，我们得到定子磁链和定子电压在旋转坐标系统中的表达式：

sr s sr PM

L i ψψ=+ （5）

()

()s sr sr s sr r s sr PM d L i u R i j L i dt

ωψ=+

++ （6）

sr

s sr r sr

d R i j dt

ψωψ=+

+ 在d-q 旋转坐标系中，电压矢量，电流和磁链可以分解为：

sr sd sq

sr sd sq

sr sd sq

u u ju i i ji j ψψψ⎧=+⎪

=+⎨⎪

=+⎩ （7）

（5）和（6）可以被分解于实轴部和虚轴部：

sd sd sd PM

sq sq sq

L i L i ψψψ=+⎧⎪⎨=⎪⎩ （8） （注：

sq sd s

L L L ==当它是非凸极电机时）

sd sd s sd r sq sq sq s sq r sd d u R i dt

d u R i dt ψωψψωψ⎧

=+-⎪⎪⎨⎪=++⎪⎩

（9）

各种永磁同步电机的坐标系统和相关的向量如图1所示，其中A ， B ，C ：定子三相

固定轴 ,:αβ定子两相静止轴

,:

d q 转子的旋转轴， d 轴方向是所述转子磁极方向 ,:

dc qc 同步旋转轴，直流轴方向是定子磁极方向

:δ直流轴和d 轴之间的角度

图1.永磁同步电机的向量图

电机电磁转矩可以表示为： 3

2

e s s T P i ψ=⨯ （10） 其中，P 是电动机的极对。

电动机磁链和电流可以被分解成αβ-轴分量：

s s s s

s s i i ji j αβ

αβψψψ=+⎧⎪⎨=+⎪⎩ （11）

然后，电机电磁转矩可以被描述为： ()3

2

e s s s s T P i i αββαψψ=- （12） 根据式（4）到（10） ， 3

2

e sr sr T P i ψ=⨯ （13） 可以看出的是

()3

2

e sd sq sq sd T P i i ψψ=- （14） 基于PARK 变换，

cos sin sin cos sd sdc sqc sq sdc

qc i i i i i is δδ

δδ=-⎧⎪⎨=+⎪⎩ （15）

转矩公式可以通过式（ 15）带入式（14）获得： ()()3

sin cos cos sin 2

e sd sdc sqc sq sdc sqc T P i i i i ψδδψδδ⎡⎤=

+--⎣⎦