应用SVM的异步电动机直接转矩控制仿真

    郑黎明¹，毕广明²，吴捷¹

(1华南理工大学，广东广州515640；2汕头大学，广东汕头515063)

    摘要：为了减小传统直接转矩控制的磁链和转矩脉动，采用参考电压矢量计算模块和空间电压矢量调制(SVM)模块取代滞环比较器和开关矢量表，并利用Matlab／Simulink仿真软件建立矢量调制的异步电动机直接转矩控制系统模型。磁链环节电压矢量经过简单计算得出，转矩环节电压矢量被有效的分解后由转矩PI控制器和转子转速与定子磁链乘积给出。仿真结果表明，该直接转矩控制系统设计正确，达到了良好的控制效果。

    关键词：直接转矩控制；参考电压矢量；矢量调制；仿真

    中圈分类号：TM346  文献标识码：A  文章编号：1004—7018(2008)05—0049—03

0引  言

    直接转矩控制技术控制方法简单、转矩响应快、鲁棒性好、且便于数字化实现，但低速区存在较大磁链和转矩脉动。文献[1]提出许多改进和解决方案，比如缩短控制周期、细化开关矢量表，而采用空间电压矢量调制的控制方法表现尤为突出。

    空间矢量调制的直接转矩控制方法重点在于参考电压矢量的计算。无差拍方法是由T．G．Hahetler提出，主要思想是在一个采样周期内得到转矩的给定值与反馈值之差，求解出使转矩误差和磁链误差为零的空间电压矢量。文献[2]通过求解基于电机方程的磁链及转矩的二次方程获得参考电压矢量，计算复杂，依赖于电机参数。文献[3]是在定子磁链参考坐标系下，磁链和转矩的分别控制的无差拍方法，计算复杂度降低，仍依赖于电机参数。为了简化计算，文献[4]在定子磁链参考坐标系下，采用双PI控制器直接获取电压参考矢量，计算量减小，但PI参数整定复杂。磁链矢量偏差法是通过快速改变每个周期内定子磁链转过的角度控制转矩，维持磁链幅值恒定，利用角度和幅值变化合成参考电压矢量。文献[5]是通过转矩的变化率与转差突变近似成比例，利用PI调节器获得角度变化量。文献[6]是从电机基本方程出发，精确推导得出角度变化量。同样，利用非线性方法和智能控制能够很好的获得电压参考矢量，文献[7]利用滑模变结构控制方法得到。

    本文从直接转矩控制的基本原理出发，在定子磁链参考坐标系下，基于磁链和转矩的分别控制的无差拍方法，把参考电压矢量有效分解后采用相应的调节方法获得，更好地包含了磁链和转矩信息，有效减小了磁链和转矩脉动。

1异步电动机模型

    旋转参考坐标系下，异步电动机模型是：

式中：u_s、i_s和λ_s为定子电压矢量、电流矢量和磁链矢量，i_s和λ_s为转子电流矢量和磁链矢量，R_s和L_s为定子电阻和电感，R_r和L_r为转子电阻和电感，L_m为互感，ω_ref和ω_r为参考坐标系转速和转子转速，p为电机极对数，T_e为电磁转矩，下标s、r和d、g代表定子和转子分量及两相坐标系下分量。

2.DTC—SVM控制方法

2．1 DTc—sVM基本原理

    sVM是在一个控制周期内，按照sVM算法，在不同的扇区内，从逆变器的8个基本空间电压矢量中选择合适的矢量来合成目标矢量。如图1所示。

U_ref为参考电压矢量，U₁、U₂为相邻电压矢量，T₀、T₁、T₂分别是一个控制周期T中零矢量和相邻矢量的作用时间。由平行四边形法则得出，各扇区电压矢量合成原理如下[2]：

特别地，参考电压矢量较大，即T₁+T₂>T时，取

     DTc—sVM是通过保持定子磁链幅僮基本恒定，快速改变定转子磁链之问转差的直接转矩控制来获得参考电压矢量，这个参考电压矢量包含磁链控制和转矩控制的信息，以svM取代基本的开关矢量表去合成目标矢量实现电机控制。

2.2改进无