中图分类号:TM351TM341文献标识码:A文章编号:100126848(20070420012203永磁同步电机直接转矩控制研究与仿真郭绪猛,刘景林(西北工业大学自动化学院,西安710072摘要:从永磁同步电机(PMSM的数学模型分析入手,得到了用于直接转矩控制(DTC的电机转矩理论表达式。在此基础上就永磁同步电机直接转矩控制的实现作了深入解析,最后使用Matlab/Simulink对电机进行直接转矩控制仿真。仿真结果表明,直接转矩控制响应速度快,转矩波动较小。关键词:永磁同步电动机;直接转矩控制;matlab仿真;数学模型;响应速度;转矩波动InvestigationandSimulationAnalysisofDirectTorqueControlinPermanentMagnetSynchronousMotorGUOXu2meng,LIUJing2lin(NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xiπan710072,ChinaABSTRACT:ThispaperbeginswithanalysingmathematicalmodelofPMSM,torqueequationforDTCisdeduced.Onthebasisofanalysis,aninvestigationonhowtorealizeDTCinPMSMiscarriedout.Atlast,asimulationedDTCinPMSMisimplementedusingMatlab/Simulink,theresultsofthesimula2tionindicatethattheresponseofDTCisrapidandtorqueripplesmall.KEYWORDS:PMSM;DTC;Matlabsimulation;Mathematicalmodel;Speedrapid;Torqueripple收稿日期:20062102230引言直接转矩控制(DirectTorqueControl,DTC是继矢量控制技术后的又一新型控制方法[1]。直接转矩控制采用的是定子磁链定向,利用滞环控制器进行调节,直接对电机的磁链和转矩进行控制,提高了电机的响应速度;其次,直接转矩控制采用的是静止两相坐标,舍去了矢量控制中的坐标旋转变换,使得控制系统结构简单,实现起来更为方便。直接转矩控制一经提出就引起了学者和工程师们的注意,并成功地应用到异步电机的控制中。近年人们开始研究把直接转矩控制应用到永磁同步电机上。1数学模型直接转矩控制是对定转子磁链间的夹角也就是对转矩角δ进行控制。先推导转矩角与电机电磁转矩的数学关系。其中要用到与转子同步旋转的d2q坐标系,d轴正方向为转子磁链方向;与定子同步旋转的x2y坐标系,x轴正方向为定子磁链方向;两相α2β静止坐标系,α轴正方向与电机A轴重合。如图1所示。在建立PMSM数学模型前,先对PMSM作如下假设:忽略电动机铁心的饱和;不计电动机中的涡流和磁滞损耗;转子无阻尼绕组。图1PMSM在不同坐标下的矢量图则永磁同步电机在d2q坐标系下的基本方程如下[2]:Ψd=Ldid+Ψf(1Ψq=Lqiq(2—21—微电机2007年第40卷第4期(总第160期ud=Rsid+pΨd-ωΨq(3uq=Rsiq+pΨq+ωΨd(4Te=115np(Ψdiq-Ψqid(5式中,Rs为定子绕组,p为微分算子,id、iq、ud、uq、Ψd、Ψq分别为定子电流、电压、磁链在d轴和q轴上的分量,ω为转子角速度,np为电机极对数。经过进一步推导[3],得出直接转矩控制的基本方程式:Te=34LdLqnpΨs2ΨfLqsinδ-Ψs(Lq-Ldsin2δ(6对于隐极式永磁同步电机,Lq=Ld,故(6式可写为:Te=32LdnpΨsΨfsinδ(7对于永磁同步电机,转子磁链Ψf不变,当定子磁链Ψs不变时,电机的电磁转矩只与转矩角δ有关。由于定子磁链的状态比转子磁链的状态容易改变,因此可以通过控制定子磁链的状态来改变转矩角,从而实现对转矩的控制。2直接转矩控制系统实现对于永磁同步电机,三相端电压的状态决定了定子磁链的状态。已经知道三相六脉冲逆变器会产生8个电压矢量(如图2所示,非零电压矢量的幅值为2/3Vdc。定子磁链与定子电压矢量的关系为:Ψs=(vs-Risdt+Ψs0(8式中,R为定子电阻,Ψs为定子磁链矢量,Ψs0为初始定子磁链矢量,vs为定子电压矢量,is为定子电流矢量。由于永磁同步电机中的转子为永磁体,所以即使电机还没运行,定子绕组中也会感应到转子产生的磁链,即Ψs0=Ψf。一定要注意这两个量是有大小和方向的矢量,所以要知道转子的初始位置。转子位置判断的准确与否将直接影响系统的性能。如图2,把电压矢量平分成6个区域。当选择的电压矢量与定子磁链之间的夹角小于π/2时,定子磁链的幅值将增加,否则将减小;当选择的电压矢量超前于定子磁链时电机转矩将增加,否则将减小。以电机逆时针旋转,亦即定子磁链逆时针旋转为例,假设当前定子磁链位置位于3区,就可以选择电压矢量V2、V3和V6来增加磁链,选择V1、V4和V5来减小磁...