一种改进的异步电机DTC _ SVM 控制系统研究

罗小丽，范桂林



一种改进的异步电机DTC _ SVM 控制系统研究

罗小丽，范桂林

（湖北工程学院 物理与电子信息工程学院，湖北 孝感 432100）

考虑到传统DTC系统在低速时存在的磁链波形畸变和转矩脉动问题，研究了一种改进的DTC_SVM控制策略，将传统的非零空间电压矢量进一步细分，并推导了任意空间电压矢量合成方法，给出了基于矢量细分的DTC_SVM控制系统模型。仿真结果表明，该系统能提高转矩和磁链控制精度，同时有效降低转矩低速脉动，提高系统低速运行稳定性。

矢量细分 SVM 异步电机 直接转矩控制

0 引言

直接转矩控制技术在很大程度上解决了矢量控制系统中存在的计算控制复杂，系统特性易受电动机参数变化影响的缺点，具有使用电动机参数少、动态响应快、控制简单等技术优势[1]。

直接转矩控制的异步电动机系统存在低速转矩脉动较大的缺点[2]。国内外研究学者围绕改善系统低速性能做了大量研究，如模糊控制、基于神经网络的速度估计等等[3]。这些方法都能较好地解决了DTC系统的低速转矩脉动，但是算法复杂，尤其是基于神经网络技术，目前理论发展尚不成熟，距离实际的应用尚需时日。本文采用一种改进的矢量细分调制技术[4-7]，不仅有效降低了系统低速运行时的转矩脉动,而且保证了开关频率的恒定，且更易于数字化实现。

1 改进的SVM直接转矩控制

与传统SVM利用六个非零空间电压矢量把空间等分成了6个扇区相比，改进的SVM将非零空间电压矢量进一步细分，达到了12个。此12个矢量将空间分为12个扇区，如图1所示。在此基础上，运用空间电压矢量脉宽调制思想，在采用对称规则采样技术条件下，可以得到24个非零空间电压矢量，控制系统根据目标空间电压矢量的位置选择与其相近的原始空间电压矢量或是合成空间电压矢量进行控制，由于空间电压矢量间夹角更小，选择的空间电压矢量可以更加逼近目标空间电压矢量，从而达到更好的控制效果。

图1 SVM矢量扇区分布

图2 对称规则采样矢量细分SVM波形图

图3 基于矢量细分的DTC_SVM控制系统

2 转矩和定子磁链计算原理

静止坐标系下，电磁转矩可以用电子电流与电子磁链矢量表示为如下形式：

定子磁链的实际估算方法采用u-i模型，其理论计算公式如下：

3 转速估算

整个辨识算法的运算框图如图4所示。

基于MRAS的转速辨识算法虽具有对电机转子电阻变化完全不敏感性[8]，但还是受到电机其它参数变化的影响，对电机参数的辨识和估算工作还需进一步研究。

5 仿真和实验分析

利用Matlab的Simulink仿真工具，对传统DTC 和改进型DTC_SVM的直接转矩控制系统进行了仿真研究，异步电机参数为：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.

传统直接转矩控制系统低速运行时的磁链、转矩及转速波形如图5所示，改进型DTC_SVM技术的直接转矩控制系统低速运行时的磁链、转矩及转速波形如图6所示。

系统仿真结果：比较传统DTC系统与基于SVM的DTC系统仿真结果图，可以发现，基于SVM的直接转矩控制系统，改善了直接转矩控制在低速阶段的性能，定子磁链更逼近于圆形，低速时转矩脉动更小，改善了低速转矩脉动性，同时转子转速更加稳定。

6 结论

从仿真结果可以看出，基于矢量细分的DTC_SVM将传统的非零空间电压矢量从6个细分到24个，相邻空间电压矢量间的夹角从60º减小到15º，较好的改善了磁链幅值、转矩的低速运行特性。同时系统动态响应特性好，鲁棒性好，仿真结果证实了该方法的可行性。

图5 传统DTC低速运行时磁链、转矩及转速仿真结果

图6 改进DTC_SVM低速运行磁链、转矩及转速仿真结果

[1] 张春梅, 尔桂花.直接转矩控制研究现状与前景[J]. 微电机, 2000, (6): 25-28.

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[3] 丁辉, 胡协和.交流异步电机调速系统控制策略综述[J].浙江大学学报(工学版), 2011, 45(1):50-58.

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[8] 姬宣德.基于模型参考自适应的异步电机无速度传感器DTC[J]. 微特电机, 2010(5): 63-66.

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

罗小丽(1980-)，女，硕士，讲师。专业方向：电机调速。