永磁同步電機無速度傳感器改進DTC研究

1 引言
PMSM具有功率密度大、低速輸出轉矩大、效率高等優良性能，現已廣泛應用于伺服系統、艦船推進系統、電動機牽引系統、風力發電系統、航空航天等領域。DTC具有控制方式簡單、轉矩響應快、便于全數字化實現的優點，在交流傳動中得到越來越多的應用；但DTC具有轉矩和磁鏈脈動大、逆變器開關頻率不固定等缺點，將SVM應用在PMSM DTC中，可有效減小轉矩和磁鏈脈動，并使逆變器具有恒定的開關頻率，從而得到更好的穩態控制性能。在DTC中，磁鏈和轉速的估測精度直接決定著整個系統的性能。若在轉子軸上安裝機械式傳感器得到電機的轉速信息，不僅增加了系統成本，還限制了控制裝置在惡劣環境下的應用。運用無速度傳感器控制技術，可在線估計電機的磁鏈和轉速，從而省去了機械傳感器。故如何準確獲得磁鏈和轉速成為研究熱點。EKF提供了一種對非線性系統狀態進行精確估計的解決方案，可有效削弱隨機系統噪聲和測量噪聲的影響，特別適合于電機等非線性控制系統。
這里在基于SVM的改進DTC策略基礎上，采用4階EKF觀測出PMSM的定子磁鏈和轉速，詳細說明了EKF的設計，并設計了硬件實驗平臺，結果證明了所采用控制方法的可行性和有效性。

2 PMSM無速度傳感器DTC系統
圖1為PMSM無速度傳感器改進DTC系統框圖。圖中，x，y／α，β模塊實現電壓分量從定子磁鏈x，y坐標系到兩相靜止α，β坐標系的變換：

式中：uα，uβ為定子電壓在α，β軸分量：θs為定子磁鏈角。

定子磁鏈幅值ψs，θs及電磁轉矩Te分別為：


3 EKF觀測器設計
對于隱級式PMSM，其在兩相靜止α，β坐標系下的電壓方程和磁鏈方程分別為：