多電平變頻器無速度傳感器直接轉矩控制的研究

根據上述思想進行擴展，對于n級H橋級聯的逆變器，可以等價為2n個單元的組合變流器，相鄰的兩級H橋單元同一側橋臂的采樣時 刻應相互錯開Ts/2n。

由上述分析可以得到在n級H橋級聯型逆變器中應用錯時采樣調制策略的實現方法。只要根據傳統兩電平空間矢量算法得出某一級H橋中三個同側橋臂的驅動信號，系統中其它各開關管的驅動信號即可通過相應的延時得到。兩電平空間矢量算法在主控制器中進行，延時可通過在主控制器外增加硬件單元來實現。這樣就大大減輕了主控制器的負擔，能夠適應快速實時控制的要求。

STS-SVM中，系統總體輸出電壓矢量的安排是自動完成的，由兩電平空間矢量算法得出的各個橋臂觸發波形自身具有對稱性和均衡性，因此總體開關負荷也是均衡的。

4 STS-SVM無速度傳感器DTC系統

相對于普通的多電平空間矢量算法，STS-SVM控制算法簡單，開關負荷均衡，使得主控制器實現復雜的無速度傳感器直接轉矩控制等算法成為可能。

圖3為基于STS-SVM的級聯多電平無速度傳感器DTC控制系統的總體結構。圖中速度調節器、轉矩調節器、磁鏈調節器均為比例積分調節，轉矩調節器需要在PI調節前采用限幅，以免過大的轉矩誤差造成過電流沖擊。系統總采用STS-SVM模塊產生PWM波控制逆變器的開關狀態，摒棄了復雜的開關矢量表。另外，由于未使用滯環比較，系統的采樣頻率是固定的，更易于數字實現。

圖3 基于STS-SVM的無速度傳感器DTC系統結構

4.1 STS-SVM調制的多電平逆變器

此處，多電平逆變器為圖4（a）所示的三級H橋級聯型拓撲。STS-SVM模型中的驅動信號的產生通過兩電平空間矢量算法得出的調制波與各個開關管對應的三角波進行比較來獲得，如圖4（b）所示。各個三角載波存在一定的移相關系，這樣就等效地實現了采樣周期的相互錯開。

(a) 三級級聯多電平逆變器主電路

(b)STS-SVM驅動信號產生單元
圖4 級聯多電平主電路與PWM產生單元

4.2 磁鏈與轉矩觀測

定子磁鏈的估計大體上可以分為三種模型，即u-i模型，i-n模型，u-n模型。其中u-i模型中磁鏈表達式為
（1）
其中，，us，is，Rs分別為定子磁鏈、電壓、電流值與定子電阻值，可見，u-i模型觀測定子磁鏈無需轉速信息，唯一所需了解的電動機參數是定子電阻Rs，因此十分適合在此處應用。