基于模糊控制的永磁同步电动机直接转矩控制系统

高雅，刘卫国，骆光照

(西北工业大学，陕西西安710072)

    摘要：针对永磁同步电动机直接转矩控制系统的转矩和定子磁链脉动问题，提出了一种利用模糊控制器调节PWM信号占空比的永磁同步电动机直接转矩控制的策略，即在传统永磁同步电动机直接转矩控制的基础上，用模糊控制器代替传统DTc中的滞环比较器和空间电压矢量状态选择器来细分控制规则，以减小转矩和磁链脉动。经过仿真，结果验证了此方法的有效性。此外针对以往模糊规则表数量庞大、控制系统复杂这一问题，使用了定子磁链角映射的方法，大大减少了模糊规则的数最。

    关键词：永磁同步电动机；直接转矩控制；模糊控制；占空比；转矩脉动

    中图分类号：TM34l    文献标识码：A  文章编号：1004—7018(2008)01—0040—03

0引  言

    直接转矩控制(DTc)是在电压空间矢量控制理论的基础之上，继矢量控制技术后发展起来的具有高性能的交流变频调速技术^[1]。永磁同步电动机(PMsM)具有结构简单、体积小、重量轻、效率高、功率因数高、转动惯量小等优点，使其越来越多的应用于高性能要求的场合^[2]。鉴于直接转矩控制在异步电动机控制中良好的控制性能，近年来将直接转矩控制应用于永磁同步电动机已成为运动控制的一个研究热点。

    直接转矩控制由于其采用的滞环比较器的继电特性无法精确地区分转矩误差和磁链误差，永磁同步电动机直接转矩控制只能使用使转矩正转或反转的电压矢量，因此，控制系统的转矩脉动和磁链脉动尤为突出^[3]。为了减小脉动，本文提出了一种基于模糊控制调节PwM信号占空比的永磁同步电动机直接转矩控制策略，即根据转矩和磁链的偏差设计一个模糊控制器来控制每个采样周期的PwM信号的占空比，以减小转矩和磁链脉动。此外在设计模糊控制器时，本文运用了定子磁链角映射的方法，减少了模糊规则的数量。

1永磁同步电动机直接转矩控制

    直接转矩控制采用hang-bang控制的离散滞环控制方式，以转矩和定子磁链作为被控对象，将转矩和磁链误差通过滞环比较器产生PwM信号直接控制逆变器的开关状态^[4]。图l为永磁同步电动机不同坐标系下的矢量图。

    图1中的δ为定子磁链Ψs和转子磁链Ψq之间的夹角，即功角。当系统在一定转速下稳定运行时，δ不变。当系统状态改变时，δ在不断变化。

    在d_q坐标下，永磁同步电动机的转矩公式为[2]：

式中：Ψd、Ψq，分别为定子磁链Ψs在d轴和q轴上的分量，i_d、i_q分别为定子电流在d轴和q轴上的分量，p为电机极对数：

其中：x可分别表示电流、电压、电磁。将式(5)代人式(1)可得到：

其中：L_d和L_q为电感L分别在d轴和q轴上的分量。

    对于隐极式永磁同步电动机L_q=L_d，故式(7)可写为：

由式(8)可知，若定子磁链不变，调速时只需改变6角度便可改变转矩的大小。之间变化时，随着角度的增加转矩增加。直接转矩控制就是选择合适的电压空间矢量来调节定子磁链的位置，以达到控制6角度的作用’。图2即为永磁同步电动机直接转矩控制框图：

2基于模糊控制调节PwM信号占空比的永磁同步电动机直接转矩控制系统

2．1控制系统结构

    本文在传统DTc的基础之上，将滞环比较器和空间电压矢量状态选择器用模糊控制器代替，即当在一定的定子磁链角(目)范围内，将原来的一个电压矢量信号用细分后的几个电压矢量信号代替，以达到调节PwM