一種新的直接轉矩控制轉矩脈動抑制方法
關鍵字:應用
摘要:針對永磁同步電機(permanent magnet synchronous,PMSM) 直接轉矩控制(direct torque control,DTC)系統中存在定子磁鏈和電磁轉矩脈動較大的缺點,提出了一種改進的抑制轉矩脈動、減小諧波電流的方法。將模糊控制與PID控制器相結合,取代傳統的PI控制,并在直接轉矩控制基礎上加入諧波電流注入補償環節,將空間矢量控制與直接轉矩控制 相結合,有效補償三相電流諧波,針對諧波電流提取困難,提出了一種新的諧波電流提取方法。在此基礎上重新建立了永磁同步電機新的SVM-DTC控制框圖。通過仿真軟件MATLAB對永磁同步電機傳統直接轉矩控制和改進后的直接轉矩控制系統進行了仿真研究,并利用實驗平臺進行了實驗驗證。仿真和實驗結果表明,改進后的系統有效抑制了磁鏈和轉矩的脈動、減小了諧波電流,且能滿足控制系統快速響應的要求,具有良好的動靜態性能。
關鍵詞:永磁同步電機;直接轉矩控制;轉矩脈動抑制;模糊PID;諧波注入
中圖分類號:TP27 文獻標志碼:A
1引言
永磁同步電機以其結構緊湊、高氣隙磁通、高功率密度、高效率等優點,逐漸被廣泛應用于工業控制領域中。自德國學者Depenbrock教授提出直接轉矩控制這一高動態交流調速新方法以來,成為繼矢量控制技術之后各國學者們的研究新方向。直接轉矩控制采用定子磁鏈定向,在定子坐標系內直接控制電機磁鏈及轉矩,具有結構簡單,魯棒性好,動態響應快等優點[1]。
但PMSM直接轉矩控制的主要缺點在于定子磁鏈和電磁轉矩存在較大脈動,嚴重影響了系統性能。究其原因,傳統的PMSM直接轉矩控制中普遍采用滯環比較器,使用離散兩點式(Band-Band)進行轉矩和磁鏈調節。滯環比較器有一定的環寬,雖然轉矩的動態響應很快,但是定子磁鏈和轉矩誤差會在該環寬內波動,從而引發比較大的轉矩脈動。針對以上缺點,本文重構了永磁同步電機直接轉矩控制系統框圖。
文獻[2、3] 采用模糊控制,在永磁同步電機中取得了良好效果,本文將模糊PID控制應用到永磁同步電機的直接轉矩控制系統中來,用模糊PID控制器取代傳統的PI控制,有效改善了電機的非線性關系,減小了轉矩脈動。文獻[4、11] 針對諧波補償減小轉矩脈動進行了一定的研究,但它們均是對高次諧波分別進行提取。本文提出的新方法避免了這種多次提取的重復性,而是針對諧波進行總體提取,減少了系統的復雜性,并有效抑制了電機的轉矩脈動。
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