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        基于DSP永磁同步電機直接轉矩控制系統研究

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        發布日期:2022/7/5點擊次數:496

          由于PMSM具有功率密度高、效率和功率因數高的特點,在工業、民用、軍事等領域的應用越來越廣泛。DTC摒棄了矢量控制中解耦的控制思想,去掉了PWM控制和電流反饋環節,采用特定的定子磁鏈定向和空間矢量概念,通過檢測定子電壓、電流,直接在定子坐標系下觀測電機磁鏈、轉矩,并將此觀測值與給定磁鏈、轉矩相比較,差值經滯環控制器調節得到相應控制信號,再綜合當前磁鏈狀態來選擇相應電壓空間矢量,直接控制電機定子磁鏈及轉矩,以獲得快速的轉矩響應及優良的控制性能。針對永磁同步電機直接轉矩控制策略,闡明其理論基礎,運用現有的異步電機DTC研究成果,從理論及空間電壓矢量選擇表。
          表1逆時針運轉時逆變器開關表磁鏈7轉矩T磁鏈矢量所處區域~VI表示當前磁鏈所在區域(),U表示所選擇的電壓矢量,這就是PMSMDTC的控制規律。
          在實際的數字控制系統中,磁鏈會經常處在分區邊界處的一個小扇區內,造成電壓矢量選擇的不確定性。為此在分區邊界上選擇與分區邊界垂直的電壓矢量,得到表2所示修正表。
          表2原始開關修正表磁鏈轉矩T定子磁鏈所處邊界廣或1如果定子磁鏈幅值變化量在區域邊界上為0. 5%時,輸出電磁轉矩變化量可達到10%,如果不采用表2對原始開關表1進行修正,電機往往不能正常起動。
          輸入信號處理為實現定子磁鏈及轉矩的觀測,檢測電機電壓電流。對PMSMDTC而言,為起動電機需知轉子磁極的準確位置以確定定子磁鏈初始矢量,同時還需要用光電編碼信號計算電機的轉速實現速度閉環控制。為此設置了電壓、電流、光電編碼等輸入信號的處理電路。
          系統保護電路由于PMSMDTC系統無電流環,借助于離散的兩點式調節(Ban-Bang控制)直接對逆變器開關狀態進行控制,有可能發生電流沖擊,為此必須完善系統的過流保護。
          過流保護措施分三層實施,依次是軟件、硬件和IPM自身保護,其電流保護值依次增加。硬件過流測與鎖存電路如所示。
          保護系統共有三路故障信號源,分別是三相電機過流、直流母線過流和IPM故障信號。3個故障信號經處理獲得一個總的報警信號,分別輸入到DSP和硬件保護電路。為確保保護功能得以實現,區邊界修正后,獲得了良好的起動能力和起動特性。
          電機空載起動的轉速(上)、轉矩(下)波形示出2000r/min下穩定運行時的定子磁鏈矢量軌跡,具有圓形特征。為電機給定轉速000r/min之間切換的情況下得到的轉矩響應波形。0是轉矩在-5Nm和5N*m之間,切換速度開環情況下得到的轉矩波形。
          可以看出,電機的輸出轉矩從-5Nm到5Nm的變化時間僅為1ms,體現了采用PMSMDTC策略后能獲得快速的轉矩動態響應效果。
          6結論分析了PMSMDTC與異步電機DTC之間的差異,針對定子磁鏈分區邊界上電壓矢量選擇方面存在的誤差,對PMSMDTC開關表作了補充優化,在此基礎上提出了一整套控制方案和實現技術。實驗結果驗證了所提出的PMSMDTC方案實際可行,具有良好的轉矩動態響應性能。

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