摘 要:采用传统的直接转矩控制策略时,电机电磁转矩和磁链脉动较大,并且逆变器开关频率不恒定.为解决该问题,将滑模变结构控制策略引入
永磁同步电机直接转矩控制系统中,应用Matlab/Simulink对其进行仿真研究,并且实现了基于TMS320LF2407滑模变结构永磁同步电机的直接转矩
控制,并对控制系统动、静态性能与传统直接转矩控制进行了对比研究.仿真和实验结果表明:与传统直接转矩控制相比较,滑模变结构直接转矩
控制系统中定子磁链和电磁转矩脉动大幅度降低,而动态响应速度基本相同,逆变器开关频率恒定.
关 键 词:直接转矩控制;滑模变结构;永磁同步电动机;数字信号处理器;仿真
永磁同步电机(PMSM)具有高转矩、高功率密度、高效率、高功率因数以及电气时间常数小等特点,它所构成的伺服传动系统成为高精度、微
进给系统中的最佳执行机构.目前,永磁同步电机在数控机床、工业机器人以及航空、航天等领域得到日益广泛的应用[1].1985年德国鲁尔大学
Depenbrock教授提出的异步电机直接转矩控制(DTC)技术是继矢量变换控制之后出现的一种新型交流变频调速技术.和矢量控制技术不同,直接转
矩控制不需复杂的坐标变换,直接在定子坐标系下控制交流电机的磁链和转矩即可.由于定子磁通的估计只与定子电阻有关,因此对电机参数依赖
小[2-3].然而在传统直接转矩控制系统(DTC)中,电机电磁转矩和磁链脉动较大,电机稳态性能差,并且逆变器开关频率不恒定[4-5].针对转矩和
磁链脉动问题,很多学者提出了许多行之有效的方法,但均实现困难.针对许多控制策略算法复杂、实现困难的特点,本文将滑模变结构控制策略
引入永磁同步电机直接转矩控制中,并对其进行仿真和实验研究.
直接转矩控制是在静止参考坐标系下实现的,下面对混合参考坐标系下各个物理量进行描述,以便推导出直接转矩控制的数学模型.永磁同步电机
定子和转子混合参考坐标系.本文定义x轴与d轴夹角δ为转矩角,当x轴超前d轴时,转矩角为正.在忽略定子电阻的情况下,转矩角即为功角.当电
机稳态运行时,定、转子磁链以同步速旋转.因此,在恒定负载情况下转矩角δ恒定.当电动机瞬态运行时,转矩角则因定、转子磁链旋转速度的不
同而不断改变.
由于传统DTC系统中的转矩和磁链脉动较大,本文将滑模变结构控制策略(SMVSC)引入永磁同步电机直接转矩控制系统中,并对其进行了仿真和实
验研究.控制系统原理框图如图2所示,控制系统中采用滑模变结构磁链和转矩控制器来代替传统的滞环控制器,并且引入了空间电压矢量调制技
术.
电机定子磁链和电磁转矩误差作为滑模控制器的输入状态变量(只要控制器参数设计合理),最终会渐进稳定于参考值,从而达到控制电机定子磁
链和转矩的目的.而且当状态运动到事先设计好的开关面之后,系统的控制性能将不受电机参数变化的影响,只与滑模控制器的参数有关,使得控
制系统的鲁棒性提高.
为了验证传统DTC和SMVSC-DTC的实际控制效果,本文设计了一套基于DSP的永磁同步电机控制系统,并对PMSM DTC的动静态性能进行了一系列实验
.实验机组为一台内部集成光电码盘的永磁同步电机,其具体参数已经在仿真中给出.由于直接转矩控制系统对实时性和可靠性要求较高,而整个
系统需要完成数据采集、数值分析计算、实时控制以及数据传输和接收等任务本系统选用TI公司推出的适用于电机和运动控制的高速DSP芯片
TMS320LF2407,满足了系统的实时性和可靠性要求.传统直接转矩控制系统的控制周期取66μs,滑模变结构直接转矩控制系统的控制周期取132μ
s,电机在给定转速1 500 r/min时轻载起动,实验波形两组曲线的对比中可以看出,采用SMVSC-DTC控制策略磁链脉动明显减小30%两组曲线对比中
可见,采用SMVSC-DT控制策略时转矩脉动减小50%,而两种系统中电机的起动时间几乎相同.实验结果与仿真趋势基本吻合.实验结果表明,采用滑
模变结构直接转矩控制策略时定子磁链和电磁转矩脉动大幅度降低,而其动态响应速度与传统DTC基本相同.
1)本文对传统直接转矩控制和基于滑模变结构直接转矩控制进行了仿真和实验研究,建立了控制系统的仿真模型并进行了仿真研究.仿真结果表
明,与传统DTC相比较,基于滑模变结构永磁同步电机直接转矩控制系统能显著减小磁链和转矩脉动,电机运行平稳,大大提高了系统的控制性能,
而动态响应速度与传统DTC基本相同.
2)本文实现了基于TMS320LF2407的滑模变结构永磁同步电机直接转矩控制系统,对其动静态性能与传统直接转矩控制进行了对比研究.实验结果
表明,与传统DTC相比较,SMVSC-DTC定子磁链和电磁转矩脉动大幅度降低,动态响应速度与传统DTC大致相同,并且逆变器开关频率恒定.
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