矢量控制和直接转矩控 制结合的异步电动机控制

    李春菊，蔡斌军

(湖南工程学院，湖南湘潭411101)

    摘要：为实现异步电动机高性能驱动，提出，矢量控制和直接转矩控制结合的控制策略。该控制策略结合矢量控制和直接转矩控制的优点，将电流矢量控制和电压矢量开关表结合，控制结构相对简单，避免了两种控制方法的一些实现难度。通过仿真模型，并将仿真结果与直接转矩控制系统进行比较分析，结果证实了该控制策略的有效性。

    关键词：矢量控制；直接转矩控制；异步电动机；仿真

    中图分类号：TM343  文献标识码：A  文章编号：1004—7018(2008)12—0055—04

0引  言   

    分别基于矢量控制和直接转矩控制这两种方法的异步电动机控制已趋于成熟_^[1]。这两种控制都能使异步电动机达到优良的动态性能和精确的稳定状态_[1-2]。尽管两者之间有些相似性，但它们的实现方式并不相同。所以电机驱动性能的一些参数，如转矩和磁链脉动、逆变器开关频率，至少在原始的矢量控制和转矩控制是很不相同。更重要的是，两种控制方法的原理相差甚远。到目前为止，这些差异主要集中在文献[3—5]所提出的矢量控制和直接转矩控制的比较分析上。两种控制方式下的电机特性如转矩、转速和电流，定、转子电阻变化的影响_[3]、以及磁通估计不准确所产生的影响_[6]都有区别。

    而通过寻找两者的原理相似性，探求一个共同的理论基础，使该理论基础为两者具有响应快速性和准确性的主要因素。从这个共同的理论基础出发，产生一种新的控制方案来控制异步电动机使其具有较高的驱动性能。

1矢量控制和直接转矩控制原理

1．1矢量控制

    矢量控制有不同的实现方案_[6]。而在所有方案中，都是通过定子电流矢量控制来控制电机转矩和磁链。在旋转坐标系中，定子电流矢量被分解为磁通电流分量和转矩电流分量，分别为i_ds和i_qs.i_ds沿转子磁链矢量方向而i_qs与i_ds呈垂直关系，如图1所示。这就将磁通矢量控制从转矩控制中解耦出来，可得转矩方程^[2]：

式中：p为极数；L_m为定、转子间的互感；L_r为转子绕组电感；Ψ_qr为q轴转子磁链；Ψd_r为d轴转子磁链。

    由于q轴磁通为零，则转矩方程简化为：

式中：Ψ_dr=Ls    (3)

    取i_ds为常数，则转矩线性依赖于i_qs,转矩随电流(i_qs)变化而作出快速响应。异步电动机定、转子绕组电压、磁链方程^[2]：

1．2直接转矩控制

    在电机直接转矩控制中，直接对转矩和磁链进行控制而无需控制电流。基于定子和转子磁链的转矩表达式为^[2]：

式(11)表明转矩的动态性依赖于y的变化。因此，快速地改变y就可获得快速的直接转矩控制。这可通过将适当的逆变电压矢量作用于电机定子绕组使定子磁链矢量旋转来实现，因为在一个极短的时间段△t内，电机电压方程近似表示为：

    上式说明，磁链矢量Ψ_s的增量为电压矢量V_s与时间增量的乘积，即它与逆变器的六个非零电压矢量存在一定的对应关系。六个逆变电压矢量可确定Ψ_s所在的方向和位置。

从式(13)中可看出，在△t时间段内，转子磁链矢量对电压矢量的响应是滞后的，因为它与式(13)中一次时滞的定子磁链矢量有关。