永磁同步电动机直接转矩控制方法的比较研究

提出一种用于永磁同步电动机的基于磁链误差矢量补偿的直接转矩控制（EFVC—DTC）策略，给出了磁链误差矢量的估计算法，并将该控制策略下的稳态和动态运行性能与常规DTC进行比较。仿真及实验结果表明EFVC—DTC可以使电力开关器件工作在基本固定的频率上，磁链和转矩脉动显著减小，比常规DTC具有更优越的稳态性能，而动态转矩响应几乎与常规DTC相同。     

异步电动机直接转矩控制转矩脉动最小化方法研究

在传统的异步电动机直接转矩控制中,低速运行时定子电流的低次谐波成分比较大,这导致电机在低速时存在较大的转矩脉动问题,针对此问题本文提出一种新的控制方法.在传统直接转矩控制的基础上,推导出异步电动机全速度磁链观测数学模型.为进一步提高转矩响应速度和减小转矩脉动,又在全速度磁链模型的基础上引入了模糊逻辑思想,提出了全速度模糊模型直接转矩控制.该模型把磁链相位角、磁链误差和转矩误差作为模糊变量,并对其进行合理的模糊分级,来优化电压空间矢量的选择.实验结果表明该方法不仅能够提高转矩响应速度,而且能够有效地解决转矩脉动问题,在全速度范围内具有较好的动静态性能.     

基于恒定开关频率空间矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制

文中分析了永磁同步电机直接转矩控制中转矩、磁链快速动态响应与其稳态脉动之间矛盾的关键问题，提出并深入分析了一种采用空间电压矢量调制、实现简单的解决方式，即采用电压调制获得空间电压矢量的优化组合，实现转矩、磁链误差的精确补偿，进而达到高性能的直接转矩控制效果，同时保证功率器件开关频率恒定。仿真和实验结果证明，引入空间矢量调制概念后，在保持优异动态响应特性不变的条件下，可有效提高永磁同步电机直接转矩控制系统的稳态运行性能，同时系统开关频率近似恒定。     

基于空间矢量调制的直接转矩控制算法研究

针对传统的直接转矩控制由于采用滞环比较器对磁链和转矩进行直接控制,导致出现开关频率不恒定,磁链和转矩脉动大的问题,提出一种基于空间矢量调制的直接转矩控制方法.根据感应电机的数学模型,建立磁链、转矩双闭环PI控制回路.直接以磁链和转矩作为控制量,采用空间电压矢量调制策略.该方法具有矢量控制连续平滑和直接转矩控制快速响应的特性.仿真和实验结果表明,相对于传统的直接转矩控制,基于空间矢量调制的直接转矩控制方案的开关频率恒定,大大减小了转矩脉动,改善了电流和磁链波形,使系统具有良好的动、静态性能,验证了该方法的可行性和有效性.     

永磁同步电机直接转矩控制与模型预测转矩控制比较研究

对永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)系统和基于定子磁链坐标系的模型预测转矩控制(MPTC)系统的控制性能、平均开关频率、参数鲁棒性等进行比较。DTC系统结构简单,平均开关频率较低,但磁链和转矩脉动大于MPTC。MPTC性能较好,但计算复杂,实时性较差。同时,两者均存在参数失配鲁棒性较差和开关频率不恒定的共性问题。针对开关频率不恒定的问题,提出一种开关频率固定的PMSM MPTC方法,可将每个采样周期开关切换次数固定为2次。仿真结果表明：该方法可使开关频率固定为采样频率的1/3,且将备选开关状态减少为3个。     

A novel direct torque control for interior permanent-magnet synchronous machine drive with low ripple in torque and flux-a speed-sensorless approach

A novel direct torque control (DTC) scheme for an interior permanent magnet synchronous machine (IPMSM) is proposed in this paper, which features low torque and flux ripple and almost fixed switching frequency. The torque and flux ripples have been significantly reduced compared with those of the basic DTC reported in the literature. A speed estimation scheme is integrated with the proposed DTC scheme in order to achieve a fully sensorless high-performance IPMSM drive.     

一种新型永磁同步电动机滑模变结构直接转矩控制系统

传统的转矩和磁链双滞环型永磁同步电动机直接转矩控制系统具有转矩脉动大、开关频率不恒定、运行噪音大等缺点。为此,基于滑模变结构理论及空间电压矢量调制技术,提出一种新型永磁同步电动机直接转矩控制策略。根据永磁同步电动机定子磁链定向坐标系中的数学模型及滑模变结构理论推导出定子磁链及转矩控制规律。实验结果显示新型直接转矩控制具有转矩动态响应迅速,稳态转矩脉动和磁链脉动低,电流波形光滑,驱动系统对参数变化不敏感。     

一种新型永磁同步电动机滑模变结构直接转矩控制系统

传统的转矩和磁链双滞环型永磁同步电动机直接转矩控制系统具有转矩脉动大、开关频率不恒定、运行噪音大等缺点.为此,论文基于滑模变结构理论及空间电压矢量调制技术,提出一种新型永磁同步电动机直接转矩控制策略.根据永磁同步电动机定子磁链定向坐标系中的数学模型及滑模变结构理论推导出定子磁链及转矩控制律.实验结果显示新型直接转矩控制...     

基于固定矢量作用时间的新型直接转矩控制系统

永磁同步电动机传统直接转矩控制具有转矩脉动大、开关频率不恒定等缺点,在分析传统直接转矩控制中磁链和转矩脉动的基础上,利用固定矢量作用时间合成新矢量的新型直接转矩控制方法控制永磁同步电动机.该方法根据转矩和磁链误差来选择基本电压矢量对,根据磁链的位置和转矩误差的大小来确定所选择的基本电压矢量的作用时间,从而得到了新的合成电压矢量进行控制.仿真结果表明基于固定矢量作用时间的新型直接转矩控制方法能够有效减小传统直接转矩控制方法中的磁链和转矩脉动,同时不增加控制的复杂性,明显改善了系统的控制性能.     

一种基于空间矢量调制的永磁同步电动机新型直接转矩控制方案

针对永磁同步电动机(PMSM)的传统直接转矩控制(DTC)中存在的磁链转矩脉动大和开关频率不恒定等问题,分析了直接转矩控制中影响磁链和转矩增量大小的因素,在建立定子磁链坐标系下永磁同步电动机数学模型的基础上,提出了一种基于空间矢量调制(SVM)的新型DTC方法,该方法利用定子电压在定子磁链坐标轴上的分量控制电动机的磁链和转矩,再结合空间矢量调制方法控制逆变器运行。仿真和实验结果证明了这种基于空间矢量调制的直接转矩控制方法可以有效地减小传统直接转矩控制中的磁链和转矩脉动,并使逆变器工作在恒定的开关频率下。     

低转矩磁链脉动型电励磁同步电机直接转矩驱动系统的研究

电励磁同步电动机定子电感通常较小,转子阻尼绕组的存在使得电机暂态电感更小。若采用转矩及磁链滞环型直接转矩控制(基本DTC)策略电机电磁转矩及定子磁链脉动较大。针对电励磁同步电动机引入一种空间矢量调制型直接转矩控制(SVM-DTC)策略。它基于电励磁同步电动机中转矩角控制电磁转矩原理,利用空间电压矢量合成出最佳电压矢量实时补偿定子磁链矢量误差,以达到减小电动机在运行中电磁转矩及定子磁链脉动量之目的,同时又能基本维持开关频率恒定。仿真和实验结果证明,与基本DTC相比较,SVM-DTC电磁转矩和定子磁链脉动大幅度降低;电机起动电流峰值大大减小,稳态电流畸变较小;同时系统能够平稳地由恒转矩区过渡到弱磁区运行。     

采用滞环宽度优化控制的感应电机直接转矩控制

文章研究了控制系统的采样时间、磁链及转矩滞环宽度对转矩、磁链脉动的影响，得出了计算滞环宽度的新公式，该公式能够有效降低磁链、转矩脉动和阻止逆变器的开关频率超过预定极限值。仿真结果证实了新方法的直接转矩控制性能优于经典的直接转矩控制。     

A New Torque and Flux Controller for Direct Torque Control of Induction Machines

This paper presents the implementation of a high-performance direct torque control (DTC) of induction machines drive. DTC has two major problems, namely, high torque ripple and variable switching frequency. In order to solve these problems, this paper proposed a pair of torque and flux controllers to replace the hysteresis-based controllers. The design of these controllers is fully discussed and a set of numerical values of the parameters for the proposed controllers is given. The simulation of the proposed controllers applied to the DTC drive is presented. The simulation results are then verified by experimental results. The hardware implementation is mainly constructed by using DSP TMS320C31 and Altera field-programmable gate array devices. The results prove that a significant torque and stator flux ripples reduction is achieved. Likewise, the switching frequency is fixed at 10.4 kHz and a more sinusoidal phase current is obtained     

永磁同步电动机模糊直接转矩控制系统的仿真

定子电阻的变化将直接影响永磁同步电动机直接转矩控制系统的运行性能,而传统的滞环控制器不可避免地会产生较大的转矩和磁链脉动。为解决这一问题,可以在永磁同步电动机直接转矩控制系统中利用定子电阻观测器对定子电阻进行补偿,并且用模糊控制器代替传统的滞环控制器。仿真实验结果表明,利用该方法建立的基于定子电阻观测器的永磁同步电动机模糊直接转矩控制系统不但具有较小的转矩、磁链脉动,而且在电机参数发生变化或受到外部扰动的情况下,系统仍然具有快速响应性能。     

基于占空比控制的永磁同步电机新型直接转矩控制策略

永磁同步电机传统直接转矩控制在电机低速运行时存在着转矩脉动大、开关频率不恒定等问题,本文在详细分析影响磁链和转矩脉动大小因素的基础上,提出了一种准确确定占空比大小的永磁同步电机新型直接转矩控制方法.该方法基于精确的数学模型利用转矩误差计算出当前所选有效电压矢量的作用时间在整个采样周期中的占空比,实时地调整有效电压矢量的作用时间.仿真和实验结果表明,基于占空比控制的永磁同步电机直接转矩控制在保持传统直接转矩控制优点的基础上,能够有效减小转矩脉动,改善了传统直接转矩控制系统性能.     

电动汽车用PMSM直接转矩控制电压矢量选择策略

给出了内置式永磁同步电机直接转矩控制系统定子磁链幅值、转矩角和转矩的简化控制规律,提出了一种适用于转矩角小于90°时的内置式永磁同步电机直接转矩控制电压矢量选择策略,并针对Honda Civic06My Hybrid混合动力电动汽车用15kW内置式永磁同步电机进行实验验证。实验结果表明:相比较于开关表控制,电压矢量选择策略可有效减小电流和转矩脉动,电流谐波含量小且固定开关频率。     

采用预期电压矢量调制的PMSM直接转矩控制

为了解决永磁同步电机传统直接转矩控制中存在转矩和磁链脉动大的问题,设计了基于空间电压矢量调制(SVM)策略的直接转矩控制,通过SVM产生定子的预期电压,并且采用PI控制器代替传统直接转矩控制中的滞环比较器.同时在定子磁链观测中采用基于转子位置和定子电流的定子磁链估计方法.实验结果表明,与传统直接转矩控制项相比,所提出的方法能够可靠而有效地估计定子磁链,改善了电磁转矩和定子磁链的脉动,同时减小了电流和转速波动,并具有很好的动态、静态性能.     

基于占空比调节的无刷直流电机直接转矩控制

传统直接转矩控制(DTC)在每一个控制周期对电机施加一个不变的电压矢量,从而导致较大的转矩脉动,而且开关管的开关频率不固定。为减小转矩脉动同时使开关管的开关频率恒定从而提升系统的稳定性,将占空比调制技术引入到无刷直流电机(BLDCM)DTC系统当中,并研究了4种占空比生成方法对转矩脉动的抑制效果。由于引入了占空比调制技术,零电压矢量和非零电压矢量作用的时间随占空比的改变而改变,因此能够对转矩进行更精细的控制从而抑制转矩脉动。仿真和试验结果验证了所提方法的有效性。     

基于EKF PMSM定子磁链和转速观测直接转矩控制

针对传统直接转矩控制中存在电流、磁链和转矩脉动较大、及速度传感器的使用降低了系统可靠性、增加了系统成本等问题,提出基于扩展卡尔曼滤波器同时进行定子磁链和转速观测,实现了表面式永磁同步电动机无传感器直接转矩控制.该方法保持了直接转矩控制固有的转矩响应快和系统鲁棒性强的优点,降低了磁链和转矩脉动,并对电动机参数变化、负载扰动具有较强的鲁棒性,有效地改善了系统的动、静态运行性能,实验验证了该方法的可行性和有效性.     

Research on a direct torque control for an electrically excited synchronous motor drive with low ripple in flux and torque

The electrically excited synchronous motor (ESM) has typically small synchronous inductance values and quite low transient values because of the damper windings mounted on the rotor. Therefore, the torque and stator flux linkage ripples are high in the direct torque control (DTC) drive of the ESM with a torque and flux linkage hysteresis controller (basic DTC). A DTC scheme with space vector modulation (SVM) for the ESM was investigated in this paper. It is based on the compensation of the stator flux linkage vector error using the space vector modulation in order to decrease the torque and flux linkage ripples and produce fixed switching frequency under the principle that the torque is controlled by the torque angle in the ESM. Compared with the basic DTC, the results of the simulation and experiment show that the torque and flux linkage ripples are reduced, the maximum current value is decreased during the startup, and the current distortion is much smaller in the steady-state under the SVM-DTC. The field-weakening control is incorporated with the SVM-DTC successfully. __________ Translated from Proceedings of the Chinese Society for Electrical Engineering, 2006, 26(7): 152–157 [译自: 中国电机工程学报]