永磁同步电机直接转矩控制转矩脉动的产生及其抑制方法综述苏陈云,杨向宇(华南理工大学电力学院,广州510640摘要:针对永磁同步电机直接转矩控制中存在转矩脉动大、逆变器开关不恒定的问题,国内外学者已经做出了相当大的贡献,提出了很多优化或改进措施。文章综述了近几年来国内外在这方面的研究成果,分析了采用直接转矩控制产生转矩脉动的原因以及抑制脉动转矩方法的优缺点。关键词:永磁同步电机;直接转矩控制;转矩脉动:TM351;TM341;TM30112文献标志码:A:100126848(20100320081205TorqueRippleReductionandGenerationofPermanentMagnetSynchronousBasedonDirectTorqueControlSUChen2yun,YANGXiang2yu(CollegeofElectricPower,SouthChinaUniversityoftechnology,Guangzhou510640,ChinaAbstract:Duetotheproblemofdirecttorquecontrolforpermanentmagnetsynchronousmotorrelatedtothetorquerippleandtheuncertaintyofswitchingfrequency,domesticandforeignscholarsproposedmanyimprovedoroptimizedmethods.Inthispaper,summarizedresearchresultsinrecentyears,ex2plainedthereasonsfortheoccurrenceoftorqueripple,andtheadvantagesanddisadvantagesofvariousmethodswereanalyzed.KeyWords:PMSM;DTC;Torqueripple收稿日期:2009203219基金项目:广东省自然科学基金资助项目(313840引言直接转矩控制(DTC采取定子磁链定向,利用两点式(Band2Band进行调节直接对电机的磁链和转矩进行控制,使电机转矩响应迅速[1]。直接转矩控制方法最早是针对感应电机(IM提出的,其在感应电机中的应用研究已比较成熟[2]。永磁同步电机(PMSM具有体积小、重量轻、效率高的优点,鉴于DTC在感应电机中的成功应用和永磁同步电机研制的突破性进展,近年来,将DTC控制策略拓展应用于永磁同步电机,以提高电机的快速转矩响应,已经得到了广泛的研究。传统PMSM直接转矩控制具有结构简单、响应快速、对电机参数不敏感、系统鲁棒性强等优点,但也存在电流、磁链和转矩脉动大、逆变器开关频率不恒定等问题。其中转矩脉动大是限制其在工业中应用的主要原因。由于永磁同步电机的特性与异步电机有很大不同,在PMSMDTC中无法直接照搬IMDTC的理论,故有必要专门讨论PMSMDTC转矩脉动抑制问题。下面将分析PMSMDTC产生转矩脉动的原因,并对近几年来国内外的研究进展作一下介绍。1永磁同步电机DTC基本原理及转矩脉动分析111传统DTC的基本原理DTC是采用定子磁链定向和空间矢量概念,通过检测定子电压、电流,直接在定子坐标系下观测电机的磁链、转矩,并将此观测值与给定磁链、转矩相比较,差值经2个滞环控制器得到相应控制信号,再综合当前磁链状态从开关表中选择合适的电压空间矢量来控制逆变器的电子开关的状态,直接对电机转矩实施控制。永磁同步电机直接转矩控制原理框图如图1所示:・18・图1PMSMDTC框图112DTC转矩脉动分析传统DTC(图1中滞环比较器有两个控制状态,在一定范围内无论误差大小,滞环比较器都具有相同的输出,在整个开关周期内,所选择的电压矢量作用于电机,定子电流、转矩等量始终沿着一个方向变化,即每个采样周期只输出单一的电压矢量。在转矩差较小的情况下,所选择的电压矢量使转矩在一个开关周期的较短时间内就达到参考值,而余下的时间未发生逆变器开关状态转换,所选择的电压矢量仍作用于电机,使转矩继续沿原来的方向变化,超出转矩滞环的范围,从而产生较大的转矩脉动[3]。另外,逆变器开关频率不固定也是加剧转矩脉动的一个原因。虽然可以通过减小滞环的宽度来减小转矩的脉动,但这将提高电压矢量的切换频率,导致开关器件的开关损耗增加。针对PMSM转矩脉动大的问题,国内外工作者提出了一些改进方案。2开关表优化法211采用零电压矢量的方法永磁同步电机DTC和感应电机DTC有较大差异,例如零矢量的应用,故有必要深入研究零矢量的表现。文献[4]明确指出在PMSMDTC中,不用零矢量参与控制,只使用6个电压空间矢量,并根据永磁同步电机的特点建立了开关表,从仿真波形可以看出,电机获得了快速响应,但是转矩脉动仍然很大。文献[5][6]对零矢量的作用进行了仿真和实验分析,证明在低速条件下,零电压矢量对转矩影响非常小,可以用来保持转矩值,但是当转...