异步电机直接转矩控制的ISR方法研究

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1 引言

目前,矢量控制(vc)和直接转矩控制(dtc)已经被人们公认为是高性能的交流变频调速技术。矢量控制系统采用转子磁链定向,实现了定子电流转矩分量与磁链分量的解耦,可以按线性理论分别设计转速与磁链调节器(一般采用pi调节器),实行连续控制,从而获得较宽的调速范围,但系统易受转子参数变化的影响。直接转矩控制系统则舍去比较复杂的旋转坐标变换,直接在定子静止坐标系上,计算电磁转矩和定子磁链,并用双位式bang-bang控制对转矩和磁链进行调解,受电机参数影响较小,转矩响应快,但由于bang-bang控制本身属于p控制,不可避免地产生转矩脉动,影响系统低速性能。本文介绍的isr(indirekte selbst regelung)控制策略能有效地减小直接转矩控制中转矩的脉动,具有良好的低速性能及动、静态特性。

2 异步电动机动态模型

在定子两相静止坐标系(α,β)中的异步电动机电压方程及电磁转矩方程可表示为:

uαs=rsiαs+pψαs (1)

uβs=rsiβs+pψβs (2)

(3)

其中:uαs,uβs,iαs,iβs,ψαs,ψβs分别是α,β坐标系下定子侧电压,电流,磁链的α,β轴分量:rs为定子电阻;np为电机极对数;p为微分算子;为电机漏电感为常数;θ为定子磁链与转子磁链的夹角。

由式(1)、(2)式我们可以得到定子两相静止坐标系下定子磁链可表示为:

  (4)

 (5)

直接转矩控制的主电路图如图1所示。

图1 直接转矩控制主电路图

其中逆变器的8种开关状态对应了8组电压矢量,如表1所示[1]。

表1 电压矢量表

表2 逆变器电压矢量选择表

为了方便控制定子磁链和电磁转矩,我们把磁链空间矢量划分为6个均等的区域,划分原则是:

(6)

k为扇区号,k=1,2,3,4,5,6,如图2所示。在每个扇区内针对磁链和转矩的不同情况选择不同的电压矢量。图3 为bang-bang控制方案。

图2 扇区及电压矢量图

图3 bang-bang控制

3 传统的bang-bang滞环控制策略

3.1 对定子磁链的控制

由式(4)、(5)可构建出定子磁链的计算模型,从而得到定子磁链的实际值ψs。图4 为定子磁链滞环控制图。图5 为电磁转矩滞环控制图。

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