隨著電力電子技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、稀土永磁材料和控制理論的飛速發(fā)展， PMSM具有體積小、重量輕、效率高、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[1]；DTC是繼矢量控制技術(shù)之后的一種新方法，它采用定子磁鏈定向，利用離散的兩點(diǎn)式進(jìn)行調(diào)節(jié)，并直接對(duì)電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速[2]。與矢量控制相比，由于DTC系統(tǒng)具有控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)依賴(lài)少、對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)[3]受到普遍關(guān)注。

SVPWM控制策略由日本學(xué)者在20世紀(jì)80年代針對(duì)交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速提出的，其主要思路是采用逆變器空間矢量電壓的切換以獲得準(zhǔn)圓形磁場(chǎng)，從而使逆變器輸出適當(dāng)波形的電壓[4-7]；其理論基礎(chǔ)是平均值等效原理，即在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)通過(guò)對(duì)基本電壓矢量加以組合，使其平均值與給定電壓矢量相等。在某個(gè)時(shí)刻，電壓矢量旋轉(zhuǎn)到某個(gè)區(qū)域中，可由組成這個(gè)區(qū)域的兩個(gè)相鄰的非零矢量和零矢量在時(shí)間上的不同組合來(lái)得到。兩個(gè)矢量的作用時(shí)間在一個(gè)采樣周期內(nèi)分多次施加，從而控制各個(gè)電壓矢量的作用時(shí)間，使電壓空間矢量接近按圓軌跡旋轉(zhuǎn)，通過(guò)逆變器的不同開(kāi)關(guān)狀態(tài)所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近理想磁通圓，并由兩者的比較結(jié)果來(lái)決定逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，從而形成PWM 波形。

本文中利用Matlab/Simulink仿真工具對(duì)基于SVPWM的PMSM DTC系統(tǒng)進(jìn)行仿真。詳細(xì)介紹了SVPWM模塊中各單元模型的建立，具體闡述了如何將DTC系統(tǒng)和SVPWM技術(shù)相結(jié)合，即預(yù)期電壓矢量模型；并分析控制系統(tǒng)的性能，為更好的實(shí)現(xiàn)基于SVPWM的PMSM DTC系統(tǒng)數(shù)字化控制提供理論基礎(chǔ)。

1 SVPWM原理

SVPWM是通過(guò)逆變器功率器件的不同開(kāi)關(guān)模式產(chǎn)生有效電壓矢量來(lái)逼近基準(zhǔn)圓，圖1是一種典型的三相電壓源逆變器變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，為直流母線電壓。

 

六個(gè)開(kāi)關(guān)管分別用理想開(kāi)關(guān)1~6組成a、b、c三個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂上下開(kāi)關(guān)管互鎖導(dǎo)通，分別用開(kāi)關(guān)變量 s_a、s_b、s_c 來(lái)表示a、b、c三個(gè)橋臂開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)情況。如果上橋臂導(dǎo)通用“1”表示，下橋臂導(dǎo)通用“0”表示，則逆變器三相共有8種狀態(tài)組合，其中6個(gè)非零電壓矢量 、兩個(gè)零電壓矢量；從逆變器的正常工作狀態(tài)來(lái)看，前六種是有效的，后2種狀態(tài)是無(wú)效的，因?yàn)檫@時(shí)逆變器并沒(méi)有電壓輸出。

 

3 基于SVPWM DTC系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

 

3.1 基于SVPWM DTC系統(tǒng)組成

基于SVPWM的PMSM DTC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖14所示。在這個(gè)控制系統(tǒng)中包括兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器（ATR）、預(yù)期電壓矢量計(jì)算模型、SVPWM模型、電壓源逆變器模型、3s/2s變換模型、磁鏈估算模型、轉(zhuǎn)矩估算模型等模塊。對(duì)于DTC系統(tǒng)建模在文獻(xiàn)[10]中已作了詳細(xì)介紹，這里不再贅述。如何將DTC原理和SVPWM技術(shù)相結(jié)合是本文所要研究的重點(diǎn)，即預(yù)期電壓矢量模型。

 

圖14 基于SVPWM PMSM DTC系統(tǒng)框圖

3.2 預(yù)期電壓矢量計(jì)算模型

在dq0旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下PMSM的數(shù)學(xué)模型為：

 

所以有

                                                      

4 系統(tǒng)仿真分析

 

轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線有些相似，在開(kāi)始時(shí)刻，電流值比較大，但很快達(dá)到設(shè)定值，兩相電流正弦度很好，定子磁鏈軌跡圓也很平滑；在轉(zhuǎn)速和負(fù)載突變的情況下，系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性都較好。