一種改進的異步電機DTC _ SVM 控制系統研究

羅小麗，范桂林

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一種改進的異步電機DTC _ SVM 控制系統研究

羅小麗，范桂林

（湖北工程學院 物理與電子信息工程學院，湖北 孝感 432100）

考慮到傳統DTC系統在低速時存在的磁鏈波形畸變和轉矩脈動問題，研究了一種改進的DTC_SVM控制策略，將傳統的非零空間電壓矢量進一步細分，并推導了任意空間電壓矢量合成方法，給出了基于矢量細分的DTC_SVM控制系統模型。仿真結果表明，該系統能提高轉矩和磁鏈控制精度，同時有效降低轉矩低速脈動，提高系統低速運行穩定性。

矢量細分 SVM 異步電機 直接轉矩控制

0 引言

直接轉矩控制技術在很大程度上解決了矢量控制系統中存在的計算控制復雜，系統特性易受電動機參數變化影響的缺點，具有使用電動機參數少、動態響應快、控制簡單等技術優勢[1]。

直接轉矩控制的異步電動機系統存在低速轉矩脈動較大的缺點[2]。國內外研究學者圍繞改善系統低速性能做了大量研究，如模糊控制、基于神經網絡的速度估計等等[3]。這些方法都能較好地解決了DTC系統的低速轉矩脈動，但是算法復雜，尤其是基于神經網絡技術，目前理論發展尚不成熟，距離實際的應用尚需時日。本文采用一種改進的矢量細分調制技術[4-7]，不僅有效降低了系統低速運行時的轉矩脈動,而且保證了開關頻率的恒定，且更易于數字化實現。

1 改進的SVM直接轉矩控制

與傳統SVM利用六個非零空間電壓矢量把空間等分成了6個扇區相比，改進的SVM將非零空間電壓矢量進一步細分，達到了12個。此12個矢量將空間分為12個扇區，如圖1所示。在此基礎上，運用空間電壓矢量脈寬調制思想，在采用對稱規則采樣技術條件下，可以得到24個非零空間電壓矢量，控制系統根據目標空間電壓矢量的位置選擇與其相近的原始空間電壓矢量或是合成空間電壓矢量進行控制，由于空間電壓矢量間夾角更小，選擇的空間電壓矢量可以更加逼近目標空間電壓矢量，從而達到更好的控制效果。

圖1 SVM矢量扇區分布

圖2 對稱規則采樣矢量細分SVM波形圖

圖3 基于矢量細分的DTC_SVM控制系統

2 轉矩和定子磁鏈計算原理

靜止坐標系下，電磁轉矩可以用電子電流與電子磁鏈矢量表示為如下形式：

定子磁鏈的實際估算方法采用u-i模型，其理論計算公式如下：

3 轉速估算

整個辨識算法的運算框圖如圖4所示。

基于MRAS的轉速辨識算法雖具有對電機轉子電阻變化完全不敏感性[8]，但還是受到電機其它參數變化的影響，對電機參數的辨識和估算工作還需進一步研究。

5 仿真和實驗分析

利用Matlab的Simulink仿真工具，對傳統DTC 和改進型DTC_SVM的直接轉矩控制系統進行了仿真研究，異步電機參數為：P=3.0 kW, f=50 Hz, U=460 V, T=50Nm，=0.2 kg·m2, P=2,s=0.435，r=0.816，1s=2 mH，1r=2mH，m=69.31 mH，=150 r/min.

傳統直接轉矩控制系統低速運行時的磁鏈、轉矩及轉速波形如圖5所示，改進型DTC_SVM技術的直接轉矩控制系統低速運行時的磁鏈、轉矩及轉速波形如圖6所示。

系統仿真結果：比較傳統DTC系統與基于SVM的DTC系統仿真結果圖，可以發現，基于SVM的直接轉矩控制系統，改善了直接轉矩控制在低速階段的性能，定子磁鏈更逼近于圓形，低速時轉矩脈動更小，改善了低速轉矩脈動性，同時轉子轉速更加穩定。

6 結論

從仿真結果可以看出，基于矢量細分的DTC_SVM將傳統的非零空間電壓矢量從6個細分到24個，相鄰空間電壓矢量間的夾角從60o減小到15o，較好的改善了磁鏈幅值、轉矩的低速運行特性。同時系統動態響應特性好，魯棒性好，仿真結果證實了該方法的可行性。

圖5 傳統DTC低速運行時磁鏈、轉矩及轉速仿真結果

圖6 改進DTC_SVM低速運行磁鏈、轉矩及轉速仿真結果

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An Improved DTC-SVM Method for Asynchronous Motor Control

Luo Xiaoli, Fan Guilin

(School of Physics and Electronic Information Engineering, Hubei Engineering University, Xiaogan 432000, Hubei, China)

TM343

A

1003-4862（2013）04-0044-03

2012-09-03

羅小麗(1980-)，女，碩士，講師。專業方向：電機調速。