无刷直流电机直接转矩控制系统的研究
尹中良，刘国海
（江苏大学电气信息工程学院，镇江212013）
摘要：直接转矩控制是一种高性能的电机控制方法，它能实现转矩的快速响应，并且能有效的减小转矩脉动，目前已经成熟的应用在三相异步电机和永磁同步电机上。文章利用在两相静止坐标系中转子磁链分量对转子位置角的变化率与定子电流分量的乘积来计算无刷直流电机的电磁转矩对开关管采用120度导通时的空间电压矢量进行了定义，并根据此定义制定开关表。仿真和试验证明将直接转矩控制应用于无刷直流电机(bn，shless dc motor，bldcm)上，同样能够实现转矩响应快，转矩脉动小的控制性能。
关键词：无刷直流电机；直接转矩控制；转矩脉动；空间电压矢量
中图分类号：tm36 +1 文献标志码：a 文章编号：1001-6848( 2010) 04-0052-03
o引言
对电机的控制，本质上是对转矩的控制，我们可以通过控制电流来控制转矩，也可以直接控制电机的转矩。目前，对无刷直流电机来说，大多是采用控制电流的办法来控制转矩，但没有好的解决转矩响应速度慢，转矩脉动大的问题，也有采用优化pwm调制的方法实现消或减小开关管二二导通换相时的非导通相的电流脉动，从而消除或减少转矩脉动，但这种控制方式只能消除或减小换相时的转矩脉动，当负载突变时转矩响应慢，也不能减小由此产生的转矩脉动；文献[5]提出了一种****电流励磁控制方案，它能减小铜耗和转矩脉动，但是它是基于d-q坐标变换，对转矩的动态响应慢。
由于无刷直流电机的气隙磁场是梯形波磁场，这不同于三相异步电机和永磁同步电机的正弦波磁场[6，8]；并且由于无刷直流电机本身的特性，控制时一般采用二二导通方式，因此将直接转矩控制应用在无刷直流电机存在以下两个困难：
①转矩的计算公式不能采用三相异步或永磁同步电机的直接转矩控制中的转矩计算公式，需要重新推导。
②由于采用二二导通方式，空间电压矢量的表示方式与三三导通不同，需要重新定义。
本文从以上两个方面人手，建立无刷直流电机直接转矩控制模型，并且进行仿真和试验。
1无刷直流电机的直接转矩控制
1.1转矩估算和磁链观测
一般来说，若忽略d-q轴之间的互感耦合无刷直流电机的电磁转矩te在同步旋转的d-q坐标系中可表示为：
式中ld、lq和id、iq分别是d轴和q轴的电感和电流吗，ψrd、ψrq、ψsd、ψsq分别是转子和定子在d轴和q轴上的磁链分量。
对于转子磁钢是面贴式的无刷直流电机来说，将其和式(2) -起代入式(1)并整理化简可得无刷直流电机电磁转矩在d-q坐标系中的计算公式
在两相静止坐标系中的表达式为
式中ψsα、ψsβ、ψrα、ψrβ分别是定子和转子磁链在α-β轴上的分量，isα、isβ是定子电流在α-β轴上的额分量
磁链观测采用电压模型，三相定子磁链由式(6)来进行计算：
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