双三相永磁同步电机直接转矩控制策略研究

发布时间：2020-07-12 14:33

【摘要】：与传统的三相电机驱动系统相比,多相电机具有低压大功率输出、高可靠性等优点,特别适合应用于电动汽车、航空航天等领域。随着电力电子技术和控制理论的发展,电机的相数不再是电机驱动系统的一个制约因素,多相电机驱动系统得到了越来越多的关注。直接转矩控制具有结构简单、转矩响应迅速的特点,但面临转矩脉动大和电流谐波含量高的问题。论文以双三相永磁同步电机为研究对象,对直接转矩控制技术进行了深入研究。论文首先介绍了双三相永磁同步电机的结构及其在自然坐标系下的数学模型,通过坐标变换,得到了双三相永磁同步电机在矢量空间解耦坐标系下的数学模型,在Simulink中进行仿真建模,验证了电机模型的正确性。其次,详细描述了双三相永磁同步电机直接转矩控制的基本原理,介绍了控制系统各个组成部分的功能,分析了六相电压源逆变器的开关状态以及不同电压矢量对转矩和磁链的作用,以转矩响应最快为目标,给出了传统直接转矩控制的矢量开关表。针对传统直接转矩控制系统存在转矩脉动大的问题,提出了改进的直接转矩控制策略,包括高阶转矩滞环比较器和占空比调制两种方法。利用六相逆变器提供了丰富的电压矢量,将传统的三阶转矩滞环比较器扩展为七阶滞环比较器,实现了对转矩误差的分级控制。对于直接转矩控制中一个有效矢量作用于整个采样周期的问题,引入占空比调制,通过合理分配有效矢量和零矢量的作用时间,达到减小转矩波动的目的,并且同时给出了两种不同的占空比计算方法,包括基于在线计算的占空比DTC和基于离线查表的占空比DTC。最后,为了抑制双三相永磁同步电机直接转矩控制中的电流谐波,深入分析了逆变器开关矢量在两个子平面的分布规律,基于输入谐波平面的电压幅值为零的约束,提出了合成虚拟矢量的控制算法,详细对比了两类不同的虚拟矢量合成方式。仿真结果表明,基于虚拟矢量的直接转矩控制可以有效抑制谐波电流。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM341
【图文】：

结构图,永磁同步电机,结构图,数学模型

不利于对目标控制变量的量空间解耦的方法，通过正交解耦变换矩下的数学模型，可以对两个子平面独立双三相永磁同步电机数学模型的基础上相永磁同步电机的数学模型构空间位置分布，可以分为对称六相电机（双 Y 移 30°），其中双 Y 移 30°的六成，因而可以将三相电机中成熟的控制双三相永磁同步电机的结构图，ABC 和组都采用 Y 型连接，两套三相绕组的定

框图,永磁同步电机,模型,框图

电磁转矩由式（2.3）变为3 [( ) ]e p d q d q q fT n L L i i i （2.15）同步旋转坐标系下的定子电感阵变为对角阵，并且数值恒定，不再随转子位置角变化而变化，从而实现了磁链方程的定常和解耦。双三相永磁同步电机由一个六维空间变成了三个正交的二维子空间，其中 d-q 子空间的模型和三相电机在 d-q 坐标系的模型一致，这为将三相电机中成熟的控制策略应用到双三相电机系统提供了参考。虽然z1-z2 子空间的电流不会产生转矩，但该子空间的电流仅由定子电阻和漏感决定，而电阻和漏感都比较小，所以很小的电压也总是能产生较大的谐波电流。2.4 Matlab/Simulink 建模与仿真分析2.4.1 Simulink搭建模型在现有的 Matlab 版本中没有双三相永磁同步电机模型，因此，首先需要搭建基于2.3 节中的数学模型的电机模块，如图 2.2 所示。模型主要有五个部分：电压 Park 变换模块、电压方程模块、运动方程模块、电流反 Park 变换模块、输出与测量模块。

模块图,运动方程,模块,自然坐标系

图 2.4 运动方程模块Fig. 2.4 Motion equation module电压 Park 变换模块：输入量是自然坐标系下的六个相电压，通过变换矩阵6 s /2rT，得到的输出量为d q z1 z2u 、 u 、 u 、 u。矩阵6 s /2rT如图 2.5 所示。电流反 Park 变换模块：该模块将输入电流d q z1 z2i 、 i 、 i 、 i通过变换阵16 s /2r T得到自然坐标系下的六相电流。输出与测量模块：整个电机模型的输出信号包括了自然坐标系下的六相电流；矢量解耦坐标系下的电压d q z1 z2u 、 u 、 u 、 u和电流d q z1 z2i 、 i 、 i 、 i；转子的机械角度the m 、机械角速度m 以及电磁转矩eT 。

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