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基于SVPWM的异步风力发电机直接转矩控制方法的研究异步风力发电机直接转矩控制是风力发电系统中的核心技术之一，其能够确保发电系统的安全运行和高效输出。
在传统控制方法中，由于异步发电机特性的不确定性以及外部环境干扰的影响，控制精度和效率较低。
而基于SVPWM的异步风力发电机直接转矩控制方法能够解决这些问题，并具有出色的控制性能和稳定性。
本文将对此方法进行深度研究和详细阐述。
1. 基于SVPWM的风力发电机直接转矩控制原理SVPWM即空间矢量脉宽调制技术，它是一种高效的PWM控制方法，能够将三相交流电压转换为两个合成对称的方波信号，从而实现对电机速度和转矩的精密控制。
同时，SVPWM也能够有效减小齿槽谐波以及换相过程中的电压尖峰，保证电机运行的平稳性和稳定性。
异步风力发电机的直接转矩控制主要应用了磁场定向控制和电流内环闭环控制原理。
在该控制方法中，电机的速度和位置信息由编码器或者传感器获取，并通过转速控制器反馈至控制器。
根据此信息，控制器能够实现对电机输出磁场定向电流以及转矩电流的控制。
具体来说，SVPWM控制方法主要分为三个步骤：1）采样输入电压和电流信号，并进行四象限运算，确定电机转矩和位置信息。
2）将电机电流信号转化为abc坐标系下的矢量信号，计算出合成矢量以及其所在扇区。
3）根据合成矢量和扇区，进行开关管的开关控制，实现磁场定向和转矩控制。
在SVPWM控制过程中，关键是要确定合成矢量和扇区。
首先，通过坐标变换将三相电流转换为abc坐标系下的矢量；其次，根据矢量的和差性和相邻矢量的夹角，计算出合成矢量以及其所在扇区。
最后，根据合成矢量与各相基波的相对关系，确定开关管的开关方式和时序，实现对电机转矩和速度的控制。
2. 基于SVPWM的异步风力发电机直接转矩控制方法的实现基于SVPWM的异步风力发电机直接转矩控制方法的实现主要包括以下步骤：1）采集电机的速度和位置数据，通过速度控制器实现转速反馈，控制电机的速度。
基于SVPWM的永磁同步电机直接转矩控制系统的研究永磁同步电机直接转矩空间矢量脉宽调制Matlab/Simulink1引言空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术是在一个控制周期内，通过相邻基本电压矢量和零电压矢量合成得到所需的任意电压矢量，实现电压矢量的线性连续可调的技术[1,2]。
本文运用了一种基于空间矢量脉宽调制（SVPWM）的永磁同步电机的直接转矩控制算法，其原理是根据转矩和定子磁链的误差，通过驱使误差为零的原则确定参考电压空间矢量，然后通过SVPWM技术合成该矢量[3]，由于在下一个控制周期内，采样时刻的电压和磁链误差可以得到补偿，因此转矩和磁链的误差始终能够控制在一个很小的范围，二者的脉动很小。
2SVPWM的基本原理交流电动机输入三相正弦电流的最终目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。
因此，如果把逆变器和交流电机看成一个整体，控制逆变器的工作状态以此来产生跟踪圆形的旋转磁场，能够达到很好的控制效果。
SVPWM将逆变器和交流电机视为一个整体观念，把三相对称的正弦波电源供电时交流电机产生的理想磁链圆作为参考对象，通过选择三相逆变器的六个功率开关器件的特定开关模式，生成SVPWM脉宽调制波，从而使电机的实际磁链尽可能地逼近理想的圆形，产生恒定的电磁转矩[4]。
由电压源型逆变器产生的8个基本电压空间矢量如图1所示。
6个非零基本电压空间矢量将整个电压空间矢量平面区域分成六个60°的扇区Ⅰ-Ⅵ。
图1 电压矢量在空间的分布图交流电动机仅由常规的逆变器供电，得到的是六边形的旋转磁场。
这是因为在一个周期内逆变器只切换六次工作状态，因此只能形成6个电压空间矢量。
如果想获得更多边线或逼近圆形的旋转磁场，就必须在每一个π/3期间内出现多个工作状态，以形成更多的相位不同的电压空间矢量。
为此，采用线性组合法控制SVPWM的开关时间，改造后的逆变器可以得到逼近圆形的旋转磁场。
3SVPWM控制算法的研究及实现原理3.1 参考电压矢量所在扇区的判断由图1所示，SVPWM分为六个扇区，电压矢量所在的扇区是由Urefα和Urefβ决定的。
svpwm快速实现方法及其在电机驱动中的应用《svpwm快速实现方法及其在电机驱动中的应用》一、介绍在现代电机驱动系统中，空间向量脉宽调制（SVPWM）技术作为一种高效、精确的电机控制方法，广泛应用于交流电机的驱动中。
本文将介绍SVPWM的快速实现方法，并讨论其在电机驱动中的应用。
二、SVPWM的基本原理SVPWM是通过控制电机三相电压的大小和相位来实现对电机的精确控制。
其基本原理是将电机三相电压转换为一个空间向量，然后通过调制这个空间向量来控制电机的转速和转矩。
在SVPWM中，通过合理的空间向量拟合和PWM信号生成，可以实现对电机的无感应、高精度控制。
三、SVPWM实现方法1. 基于复向量旋转的SVPWM实现首先介绍了基于复向量旋转的SVPWM实现方法，该方法通过复数运算来实现空间向量的计算和PWM信号的生成。
复向量旋转方法适用于对SVPWM原理有深入理解并且对数学运算熟练的工程师，能够实现高精度的SVPWM控制。
2. 快速算法实现接着介绍了基于快速算法的SVPWM实现方法，该方法通过查表和逻辑运算来快速计算出SVPWM所需的PWM信号。
快速算法实现方法简化了SVPWM的计算过程，降低了计算复杂度，提高了实时性，适合于对SVPWM控制要求高，且对算法实现有一定挑战的工程师。
四、SVPWM在电机驱动中的应用1. 实现高效节能的电机控制通过SVPWM技术，可以精确控制电机的转速和转矩，实现高效节能的电机控制。
SVPWM在各种类型的电机中都有广泛的应用，包括感应电机、同步电机和永磁同步电机等。
2. 提高电机系统的动态响应性能SVPWM技术能够快速、精确地控制电机的输出，从而提高电机系统的动态响应性能。
在需要高动态性能的应用中，如电动汽车、电梯和风力发电机等，SVPWM技术的应用可以显著提高系统的性能指标。
3. 降低电机系统的噪音和振动由于SVPWM技术可以精确控制电机的输出，可以降低电机系统的噪音和振动。
基于SVM技术异步电动机调速系统的研究摘要：基于SVM技术异步电动机调速系统是针对异步电动机直接转矩控制系统存在转矩和磁链脉动、器件开关频率不定等缺点，本文提出了一种直接转矩空间矢量调制(SVM)控制方法。
该方法是利用在每个控制周期内选取多个电压矢量来合成目标电压矢量，从而大大降低转矩和磁链的波动，提高逆变器的开关频率，提高系统的性能。
传统的直接转矩控制在一个控制周期内仅发一个电压矢量，这样将会引起磁链与转矩的波动，对于目标电压矢量来讲，如果在一个控制周期选择多个电压矢量来逼近目标电压矢量，将会大大降低转矩和磁链的波动。
这将使系统在低速时的转矩更平稳，性能更佳。
仿真的结果表明利用这种方法在异步电动机运行在较低转速时，实现了较小的异步电机转矩和磁链脉动。
关键词：直接转矩控制；转矩脉动；空间矢量脉宽调制；异步电动机The Research of Speed Regulation System of Asynchronous Motor Based on Space Vector Modulation Technology ABSTRACT： A direct torque control (DTC) system for the asynchronous motor has the disadvantages of torque and flux ripple and variable switching frequency. In this paper, a SVM control method for direct torque control is proposed. This method is to choose several voltage vectors in a control period to compose a desired voltage vector. So it can reduce the ripple of torque and flux greatly , increase switching frequency of inverter and improve the performance of the system . Because the traditional direct torque control method only make one voltage vector in a control period , this will cause the ripple of the flux and torque . For the desired voltage vector, if several voltage vectors are selected in a control period to approach the desired voltage vector that will reduce the ripple greatly . When the system running in low speed, the torque will be more steady and the performance will be more perfect by using the algorithm of SVM .The result of the simulation show that small torque and flux ripple are achieved.Key words：DTC；Torque ripple; SVPWM；Asynchronous motor第一章绪论1.1 交流电机交流控制系统的发展20世纪70年代，一场石油危机席卷全球，工业发达国家投入大量人力、财力研究节能措施。
毕业论文Array二○一四年六月基于SVPWM的异步电机直接转矩控制原理及仿真专业班级：电气工程及其自动化1班姓名：指导教师：轮机工程学院摘要本文首先论述了交流调速系统的发展与现状，简要回顾了电力电子器件、直接转矩控制技术、空间矢量脉宽调制技术的发展历程。
接着，系统地论述了直接转矩控制系统的原理，直接转矩控制技术是继矢量控制技术后发展的有一种高性能交流调速技术，它采用空间矢量的分析方式，在两相静止坐标系下计算并控制电机的电磁转矩和磁链。
不过，直接转矩控制技术作为一种较新颖的技术，自然存在着不少的问题，比如电流与转矩的脉动问题等。
本论文针对传统直接转矩控制系统所固有的问题，提出了基于空间矢量调制技术的直接转矩控制策略。
这种新型控制策略将两者的优点结合起来，把电动机和PWM逆变器看成一体，使电动机获得幅值恒定的近似圆形的磁场，以解决其转矩、电流脉动问题。
在论文的撰写阶段，本人做了如下的工作：通过理论分析，建立了两相静止坐标系下的异步电机数学模型，设计转矩和磁链观测模块，设计坐标变换模块，设计SVPWM生成模块。
最后使用Simulink进行仿真，根据原理，搭建出各个模块的仿真图，仿真实验结果表明，此种控制策略可以减少电磁转矩以及电流的脉动，大大提高直接转矩控制系统的控制性能。
关键词：异步电动机；直接转矩；空间矢量脉宽调制；MATLABABSTRACTFirstly, this thesis discusses the current situation and development of the alternating current governor system. And briefly retrospect the development history of power electronic devices, direct torque control system, and space vector pulse width modulation. Then systematically discuss the theory of direct torque control. It’s an alternating current governor technology with high performance developed after vector control technology, which adopts the analysis method of space vector to calculate and control the electromagnetic torque and flux linkage of motor in the two-phase static coordinate. However, naturally, there are some problems, such as the pulsation problem of current and electromagnetic torque in direct torque control technology for it is a rather novel technology. This thesis puts forward a control policy of direct torque control system based on space vector PWM aiming at the inherent problems of traditional direct torque control system.This new control policy combines two technologies together seeing the electromotor and PWM inverter as a whole to make a circular magnetic field with a constant amplitude to solve the pulsation problem of current and electromagnetic torque. In the period of writing this thesis, I have done the work as follows: Through the theory analysis, build the mathematical model of asynchronous motor in the two-phase static coordinate, and design the observation modules of torque and flux linkage, the coordinate transformation modules, and SVPWM generating modules.Lastly, I use Simulink to simulate them, building every simulation diagram according to the theory. And the result indicates that this control policy can promote the control performance of direct torque control system greatly through reducing the pulsation of torque and current.Keywords：Asynchronous motor，Direct torque control，Space vector pulse width modulation，MATLAB目录第1章绪论 (1)1.1 交流调速系统的发展与现状 (1)1.1.1 交流调速系统的硬件发展 (1)1.1.2 交流调速系统控制方法的发展 (1)1.2 直接转矩控制技术的发展与现状 (2)1.3 空间电压矢量调制技术（即SVPWM）的发展以及现状 (3)1.4 本章小结 (4)第2章异步电动机的数学模型 (5)2.1 三相静止坐标系下的异步电机数学模型 (5)2.2坐标变换 (6)2.2.1 三相—两相静止坐标变换 (6)2.2.2 两相—两相旋转坐标变换 (7)2.3 交流异步电动机在静止两相坐标系下的动态数学模型： (8)2.4 本章小结 (9)第3章直接转矩控制系统原理 (10)3.1直接转矩控制系统结构框图 (10)3.2 磁链控制闭环与转矩控制闭环 (10)3.2.1 磁链控制闭环 (10)3.2.2 转矩控制闭环 (13)3.3 逆变器 (14)3.4电压空间矢量选择 (15)3.5扇区判断 (16)3.6本章小结 (17)第4章空间矢量脉宽调制技术 (18)4.1 空间矢量脉宽调制原理 (18)4.2 期望电压空间矢量的获得 (21)4.3 SVPWM调制算法 (22)4.4 本章小结 (22)第5章基于SVPWM异步电机直接转矩控制系统 (23)5.1 基于SVPWM 直接转矩控制系统 (23)5.2磁链定向方式 (23)5.3 DTC-SVM的扇区判断 (24)5.4空间电压矢量调制 (26)5.5 本章小结 (28)第6章DTC-SVM仿真研究 (29)6.1 MATLAB/Simulink的简介 (29)6.2 基本仿真模块 (29)6.3 坐标变换仿真模块 (29)6.3.1三相—两相静止坐标仿真模块 (30)6.3.2 旋转坐标变换仿真模块 (30)6.4 转矩观测仿真模块 (30)6.5 磁链观测仿真模块图 (31)6.6 SVPWM仿真模块 (31)6.6.1 SVPWM模块仿真图 (32)6.6.2扇区判断仿真模块 (32)6.6.3基本电压空间矢量工作时间计算仿真模块 (32)6.6.4逆变器导通时刻计算 (34)6.6.5 SVPWM波生成模块 (34)6.7仿真实验结果 (35)6.7.1 定子磁链轨迹比较 (35)6.7.2定子电流比较 (36)6.7.3 转速响应比较 (38)6.7.4 转矩响应比较 (39)6.8 本章小结 (40)第7章结论 (41)参考文献 (42)致谢 (43)附录1 (44)附录2 (45)第1章绪论1.1 交流调速系统的发展与现状一直以来，直流调速系统以其简单而优越的调速性能，掩盖了其具有结构复杂，换向麻烦等缺点，被广泛地应用。
SVPWM控制算法详解SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种基于空间矢量的脉宽调制技术，适用于三相交流电机的控制。
通过调节电机的电压矢量，SVPWM可以实现精确的电机控制。
下面将详细介绍SVPWM控制算法的原理与实现。
SVPWM算法的原理是通过合理的控制电机的电压矢量，使得电机的转矩和速度可以按照设定值精确控制。
SVPWM根据当前电机的运行状态，选择合适的电压矢量进行控制，并且在控制周期内根据设定值不断调整电压矢量的大小和方向。
在空间矢量分解中，SVPWM将三相交流电源的电流分解为两个矢量：直流分量和交流分量。
直流分量表示电流的平均值，而交流分量表示电流的波动部分。
通过对直流分量和交流分量进行分解，SVPWM可以确定电流矢量的大小和方向。
在电压矢量计算中，SVPWM根据电机的状态和设定值，选择合适的电压矢量。
电压矢量有6种组合方式，分别表示正向和反向的60度和120度的电压矢量。
通过选择合适的电压矢量，SVPWM可以确定电机的电压大小和方向。
在脉宽调制中，SVPWM根据电压矢量的大小和方向，通过调节脉冲宽度比例控制电机的输出电压。
脉冲宽度比例是控制电机输出电压关键的参数，通过合理的调整脉冲宽度比例，SVPWM可以实现精确的电机控制。
以三相交流电机为例，SVPWM控制算法可以实现精确的电机转矩和速度控制。
通过选择合适的电压矢量，SVPWM可以实现电机的正反转和转速调节。
同时，SVPWM算法还可以提高电机的效率和性能。
总结起来，SVPWM控制算法是一种基于空间矢量的脉宽调制技术，通过控制电机的电压矢量，实现精确的电机控制。
SVPWM算法通过空间矢量分解、电压矢量计算和脉宽调制等步骤，确定电机的电压大小和方向。
通过合理的控制策略和数学运算，SVPWM可以实现精确的电机转矩和速度控制。
三相永磁同步电动机直接转矩控制技术及仿真研究 1引言随着社会实际生产要求的不断提高，现代电机控制技术也不断得以升级。
继矢量控制之后，1986年日本I.TakhaShi 和德国M.Depenbrock 分别提出了直接转矩控制技术。
直接转矩控制(Direct Torque Control ，DTC)是基于定子磁场定向和电压空间矢量分析的方法，根据转矩偏差、磁链偏差及定子磁链的空间位置，选择合适的电压矢量。
这项技术的问世，以其新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能等优点受到普遍关注并被广泛研究。
常规的DTC 方案其实是一种Bang —Bang 控制方法：针对定子磁链幅值和转矩偏差以及磁链的空间位置， 在一个控制周期内，选择和发出单一空间电压矢量，这个电压矢量要同时控制磁链和转矩的误差方向，而忽略了转矩和磁链误差大小，从而经常造成转矩和磁链脉动，不能达到期望的最佳控制效果。
减小滞环容差可以减小脉动，但又会导致逆变器的开关频率增大，开关损耗随之增加；矢量细分法改善了磁链轨迹，但结构相对复杂。
矢量调制 (Space V oltage Vector Modulation)是在一个控制周期内，通过相邻电压矢量和零矢量合成得到所需的任意电压矢量，实现电压矢量的连续可调。
本文在分析了直接转矩控制原理(DTC)和空间电压矢量脉宽调制技术(SVPWM)的基础上，做了基于磁链空间电压矢量脉宽调制技术的永磁同步电机直接转矩控制技术的仿真。
1直接转矩控制原理永磁同步电机在转子坐标系下的数学模型：⎥⎦⎤⎢⎣⎡ψ+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡f q d q d q d q d i i pL R L L pL R u u ωωω0 (1) []sm q d s sm q f q d sn e L L L L L P t δδ2sin )(sin 243-ψ-ψψ= (2)[]t sm q d s sm q f q d s n t t d d L L L L L P d d eδδδ2cos )(2cos 243-ψ-ψψ= （3）式中：q d q d q d L L i i u u ,,,,,——定子电压、电流、电感在q d ,轴上的分量；s f ψψ,——励磁磁链和定子磁链；p P t n e ，,——电磁转矩、转子极对数和微分算子；δsm ——负载角；式(2)表明，电机参数确定后，在实际运行中，永磁同步电机转子上励磁磁场的磁链幅值一般为恒值，为保证充分利用电动机铁心，通常要使定子磁链的幅值为额定值，这样就可以直接通过控制负载角δsm 的大小来控制电磁转矩的大小，这就是DTC 的核心思想。
ISSN 100020054CN 1122223 N 清华大学学报(自然科学版)J T singhua U niv (Sci &Tech ),2004年第44卷第7期2004,V o l .44,N o .72 368692872改善直接转矩控制性能的SVP WM 方法刘亚东, 吴学智, 黄立培(清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084)收稿日期:2003205220作者简介:刘亚东(19782),男(汉),黑龙江,博士研究生。
通讯联系人:黄立培,教授,E 2m ail :huangli pei @tsinghua .edu .cn摘 要:针对异步电动机直接转矩控制系统存在转矩和磁链脉动、器件开关频率不定等缺点,提出一种直接转矩空间矢量脉宽调制(SV P WM )预测控制方法。
根据转矩和定子磁链的误差,通过驱使误差为零的原则确定参考电压矢量,然后利用SV P WM 合成该矢量。
由于采样时刻的电压和磁链误差,可在下一个控制周期内得到补偿,因此转矩和磁链的误差始终很小,二者的脉动很小。
SV P WM 算法保证了逆变器的开关频率恒定。
仿真和实验的结果表明,利用这种方法在低于3kH z 的恒定开关频率下,可以实现定子磁链近似为圆、异步电机电磁转矩脉动不明显的性能。
关键词:直接转矩控制;转矩脉动;空间矢量脉宽调制;开关频率中图分类号:TM 301.2文献标识码:A文章编号:100020054(2004)0720869204SVP WM m ethod for performance i m provem en t of d irect torque con trolL I U Ya dong ,W U Xue zhi ,HUANG L ipe i(D epart men t of Electr ical Eng i neer i ng and Applied Electron ic Technology ,Tsi nghua Un iversity ,Be ij i ng 100084,Chi na )Abstract :ASV PWM(space vecto r pulse w idth modulati on )p redictive contro l m ethod w as developed to so lve the p roblem s of direct to rque contro l (D TC )fo r inducti on mo to rs related to the uncertainty of the s w itch ing frequency,the flux ri pp le,and the to rque ri pp le .A u 2n model is used to deter m ine the actual stato r flux and the to rque and flux erro rs so that the m ethod can then calculate the reference vo ltage space vecto r that can compensate fo r the erro rs .F inally the reference vecto r is then synthesized by a SV PWM algo rithm.T he vo ltage and flux erro rs at the samp ling instant can then be compensated fo r in the next contro l peri od,so the erro rs are al w ays kep t s m all,w hich leads to s m all fluxes and to rque ri pp le .T he SV PWMalgo rithmkeep s thes w itch ingfrequency constant .Si m ulati ons and experi m ents show that to rque and flux ri pp les are s m allw ith a constant s w itching frequency of less than 3kH z .Key words :direct to rque contro l;to rque ri pp le;space vecto r pulsew idth modulati on (SV PWM );s w itch ing frequency直接转矩控制调速系统,由于具有动态响应快、控制简单等优点,得到了广泛的应用。
传统的直接转矩控制方法只考虑转矩和磁链误差的方向,利用逆变器有限的开关状态通过滞环比较器驱使转矩和磁链按设定状况变化[1]。
这种方法虽然简单易行,但由于控制过程中忽略了转矩和磁链误差的大小,经常造成转矩和磁链超过其滞环带宽范围,导致异步电动机在运行过程中产生较大的转矩和磁链脉动。
此外,随着电动机运行工况的不同,逆变器的开关频率变化也很大。
输出转矩脉动会造成转速脉动,甚至导致出现电机共振现象。
为了减小转矩脉动,采用的主要方式有3种:1)提高采样频率,减小控制周期;2)将电压矢量细分,根据转矩和磁链误差的大小进行分级控制[2,3];3)对输出电压矢量进行调制等[4,5]。
第一种方法比较简单,通过减小每个采样周期的转矩变化量,减小转矩磁链纹波,加快系统响应时间。
但是系统的处理速度有限,开关器件的开关频率也受到一定限制,随着开关频率的增加,系统效率也随之降低。
第二种方法的主要思路是增加开关矢量表的容量,将转矩和磁链误差细分,对大小不同的转矩和磁链误差选择不同的电压矢量,控制定子磁链的变化。
第三种方法是对转矩和磁链分别采用了P I 调节器,当误差很大时,调节器输出饱和,控制效果与一般的直接转矩控制方法基本相同,动态响应很快;而当误差不大时,调节器输出位于调节区,输出一个与误差相关的电压矢量,并采用SV PWM (sp ace vecto r p u lse w idth m odu lati on )的方法合成这个矢量以消除转矩和磁链的误差。
后两种方式的缺点是不能有效保证逆变器的开关频率保持恒定。
本文提出一种直接转矩空间矢量脉宽调制预测控制方法。
首先利用异步电动机的模型观测电机的定子磁链,确定转矩和定子磁链的误差,再根据直接转矩的基本原理推出可以弥补该误差的输出电压矢量,然后利用SV PWM合成这个输出电压矢量。
由于本方法输出电压矢量的大小和方向是任意的,相比于传统D TC方法的固定几个电压矢量而言,能更好地跟踪转矩和磁链的设定值,从而有效地降低了转矩和磁链的脉动。
而SV PWM算法又保证了逆变器的开关频率恒定。
仿真和实验的结果表明利用这种方法在较低的开关频率下降低了异步电机的转矩和磁链脉动,并实现了逆变器开关频率恒定。
1 直接转矩控制基本原理根据异步电机在静止Α-Β坐标系下的模型,有:Ρd T e d t≈n p(Ωs u s)-n pΞrΩs Ωs-R m T e,dΩs d t=(u s-R s i s) Ωs Ωs .(1)式中:Ρ=(L s L r-L2m) L m,R m=R s L r L m+R r L s L m,T e为电磁转矩,n p为极对数,R s为定子电阻, R r为转子电阻,L s为定子电感,L r为转子电感, L m为定转子互感,Ωs为定子磁链矢量,u s为定子电压矢量,i s为定子电流矢量。
根据式(1),只要输入电压矢量存在与定子磁链相平行的分量就可以调节定子磁链的变化,只要输入电压矢量存在与定子磁链相垂直的分量就可以调节电磁转矩的变化,且电磁转矩变化的大小与垂直分量和定子磁链的乘积相关。
直接转矩控制技术就是利用异步电动机的这个特性,通过在电动机定子绕组上施加与定子磁链具有一定夹角的输入电压矢量来控制电磁转矩变化,达到控制电磁转矩的目的。
2 直接转矩预测控制算法由上节分析可以知道只要在定子绕组上施加与定子磁链具有合适夹角的输入电压矢量就可以控制电磁转矩和定子磁链的变化,从而使得电磁转矩和定子磁链达到设定值。
常规的直接转矩控制分别采用转矩、磁链的两个滞环比较器,结合这两个比较器的输出选择逆变器的固定输出电压矢量来调节二者达到设定值,从而使得系统获得高性能的转矩和磁链调节。
但是采用滞环比较器必然会导致出现转矩、磁链脉动,同时造成逆变器的开关频率不定。
转矩、磁链存在较大脉动的原因主要在于选择输出矢量的主要依据是转矩、磁链误差的正负,并不考虑误差的大小。
如果同时考虑转矩、磁链误差的大小和方向,在定子绕组上施加的电压矢量并不局限于逆变器的固定输出电压矢量,而是根据二者的误差实时推导出任意大小、方向的电压矢量施加在定子绕组上,就可以大大降低转矩、磁链的纹波。
虽然逆变器输出的固定电压矢量数目有限,但是可以利用SV PW M技术将固定电压矢量合成任意电压矢量,可以保证实现逆变器的开关频率恒定。
静止Α-Β坐标系下的空间矢量可以表示为坐标分量的形式,即:Ωs=ΩsΑ+jΩsΒ,u s=u sΑ+j u sΒ,i s=i sΑ+j i sΒ.(2) 设系统的采样周期为T s,电磁转矩和定子磁链的实际值与给定值之间的误差分别为T err和Ωerr,假定电压矢量作用一个采样周期即可补偿转矩和磁链的误差,结合式(2)可将式(1)离散化,有:ΡT err(k) T s=n p[ΩsΑ(k-1)u sΒ(k)-ΩsΒ(k-1)u sΑ(k)]- n pΞr(k-1) Ωs(k-1) 2-R m T e(k-1),Ωs err(k) T s=n p[ΩsΑ(k-1)u sΑ(k)+ΩsΒ(k-1)u sΒ(k)- R sΩsΑ(k-1)i sΑ(k)-R sΩsΒ(k-1)i sΒ(k)] Ωs(k-1) .(3) 将式(3)包含电压矢量的项全部移到等号左侧,其他项移到等号右侧,整理后得到:ΩsΑ(k-1)u sΒ(k)-ΩsΒ(k-1)u sΑ(k)= [ΡT err(k) T2s+n pΞr(k-1) Ωs(k-1) +R m T e(k-1)] n p,ΩsΑ(k-1)u sΑ(k)+ΩsΒ(k-1)u sΒ(k)= Ωs(k-1) R s[ΩsΑ(k-1)i sΑ(k-1)+ΩsΒ(k-1)i sΒ(k-1)]+ Ωs(k-1) Ωs err(k) T s.(4) 由于式(4)等号右侧的量全部可以通过反馈量计算获得,为了简化公式,定义两个中间变量C t mp1和C t mp2为:C t mp1=[ΡT err(k) T s+n pΞr(k-1) Ωs(k-1) 2+ R m T e(k-1)] n p,C t mp2= Ωs(k-1) Ωs err(k) T s+ Ωs(k-1) R s[ΩsΑ(k-1)I sΑ(k-1)+ΩsΒ(k-1)I sΒ(k-1)].(5) 计算获得中间变量C t mp1和C t mp2后,通过解二元一次方程式(4),即可得到补偿电磁转矩和定子磁链误差的电动机输入电压矢量:u sΑ(k)=[C t mp2ΩsΑ(k-1)-C t mp1ΩsΒ(k-1)] Ωs(k-1) 2, u sΒ(k)=[C t mp1ΩsΑ(k-1)+C t mp2ΩsΒ(k-1)] Ωs(k-1) 2.(6)078清华大学学报(自然科学版)2004,44(7) 将获得的电动机输入电压矢量作为逆变器输出电压矢量的参考值,再利用SV PWM 技术进行矢量合成。
