異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的ISR方法研究

1 引言

目前，矢量控制（vc）和直接轉(zhuǎn)矩控制（dtc）已經(jīng)被人們公認(rèn)為是高性能的交流變頻調(diào)速技術(shù)。矢量控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向，實(shí)現(xiàn)了定子電流轉(zhuǎn)矩分量與磁鏈分量的解耦，可以按線性理論分別設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速與磁鏈調(diào)節(jié)器（一般采用pi調(diào)節(jié)器），實(shí)行連續(xù)控制，從而獲得較寬的調(diào)速范圍，但系統(tǒng)易受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)則舍去比較復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，直接在定子靜止坐標(biāo)系上，計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈，并用雙位式bang-bang控制對轉(zhuǎn)矩和磁鏈進(jìn)行調(diào)解，受電機(jī)參數(shù)影響較小，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快，但由于bang-bang控制本身屬于p控制，不可避免地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動，影響系統(tǒng)低速性能。本文介紹的isr（indirekte selbst regelung）控制策略能有效地減小直接轉(zhuǎn)矩控制中轉(zhuǎn)矩的脈動，具有良好的低速性能及動、靜態(tài)特性。

2 異步電動機(jī)動態(tài)模型

在定子兩相靜止坐標(biāo)系(α，β)中的異步電動機(jī)電壓方程及電磁轉(zhuǎn)矩方程可表示為：

uαs=rsiαs+pψαs (1)

uβs=rsiβs+pψβs (2)

(3)
其中:uαs，uβs，iαs，iβs，ψαs，ψβs分別是α，β坐標(biāo)系下定子側(cè)電壓，電流，磁鏈的α，β軸分量：rs為定子電阻；np為電機(jī)極對數(shù)；p為微分算子；為電機(jī)漏電感為常數(shù)；θ為定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈的夾角。

由式（1）、（2）式我們可以得到定子兩相靜止坐標(biāo)系下定子磁鏈可表示為：

(4)
　(5)

直接轉(zhuǎn)矩控制的主電路圖如圖1所示。



圖1 直接轉(zhuǎn)矩控制主電路圖

其中逆變器的8種開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)了8組電壓矢量，如表1所示[1]。

表1 電壓矢量表



表2 逆變器電壓矢量選擇表



為了方便控制定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩，我們把磁鏈空間矢量劃分為6個均等的區(qū)域，劃分原則是：

(6)

k為扇區(qū)號，k=1,2,3,4,5,6，如圖2所示。在每個扇區(qū)內(nèi)針對磁鏈和轉(zhuǎn)矩的不同情況選擇不同的電壓矢量。圖3 為bang-bang控制方案。



圖2 扇區(qū)及電壓矢量圖



圖3 bang-bang控制