異步電機(jī)DTC系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測與滑模控制

王寧　于海生

摘要： 為改善常規(guī)直接轉(zhuǎn)矩控制中磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動大的問題，本文提出了帶負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測器的異步電動機(jī)DTC系統(tǒng)的滑?？刂品椒?。內(nèi)環(huán)根據(jù)異步電動機(jī)在dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型和滑?？刂评碚?，設(shè)計了一種基于轉(zhuǎn)矩和磁鏈誤差的滑?？刂破鳎煌猸h(huán)選取比例積分滑模控制器取代PI控制器，利用獲得的參考電壓矢量，通過SVM技術(shù)得到逆變器開關(guān)控制信號。利用電壓重構(gòu)獲取逆變器輸出電壓，可以減少系統(tǒng)的硬件成本。為驗證所設(shè)計的控制系統(tǒng)的性能，使用Matlab/Simulink進(jìn)行仿真驗證。仿真結(jié)果表明，基于滑?？刂频闹苯愚D(zhuǎn)矩控制策略系統(tǒng)響應(yīng)更迅速，設(shè)計的控制方案魯棒性強(qiáng)，且明顯減弱了轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動，抗干擾能力更強(qiáng)。該研究在異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中具有很好的控制效果和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞： 異步電動機(jī)； 直接轉(zhuǎn)矩控制； 滑?？刂?； 電壓重構(gòu)； 負(fù)載觀測器

中圖分類號： TM343； TP273+.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展和自動化水平的不斷提高，交流調(diào)速系統(tǒng)以其良好的靜態(tài)和動態(tài)性能得到了廣泛應(yīng)用。直接轉(zhuǎn)矩控制（direct torque control，DTC）是繼矢量控制（vector control，VC）之后的一種新型控制策略，無需進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換和解耦，具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)快速等優(yōu)點，但在系統(tǒng)運(yùn)行時存在磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動過大等[15]問題。劉小勇等人[6]提出了一種優(yōu)化電壓矢量選擇方法，雖削弱了轉(zhuǎn)矩脈動，但追求高控制精度的同時也帶來逆變器開關(guān)頻率不穩(wěn)定的缺陷；佘致廷等人[78]設(shè)計了模糊控制器，雖降低了電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動，然而在線模糊推理工作量大，實時控制比較困難；A.Ammar等人[910]設(shè)計了一種無速度傳感器DTC方案，實現(xiàn)了高速辨識，降低了系統(tǒng)成本。但在速度計算過程中，系統(tǒng)控制容易受電機(jī)參數(shù)的影響，對其依賴性較強(qiáng)?；？刂疲╯liding mode control，SMC）是針對不確定性系統(tǒng)提出的一種有效的非線性控制方法，其速度響應(yīng)快，魯棒性強(qiáng)，不受外部擾動作用和內(nèi)部參數(shù)變化的影響等優(yōu)點[1114]。基于此，本文將滑模策略引入異步電機(jī)SVMDTC中，外環(huán)采用比例積分滑?？刂破魅〈鶳I速度調(diào)節(jié)器，內(nèi)環(huán)基于磁鏈和轉(zhuǎn)矩誤差設(shè)計了滑?？刂破?，削弱了轉(zhuǎn)矩的脈動，使得系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)快，魯棒性強(qiáng)。該研究具有很好的應(yīng)用前景。

1異步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型

在dq坐標(biāo)系下，選取定子電流與磁鏈作為狀態(tài)變量，則異步電動機(jī)的模型[15]可表示為

3控制器設(shè)計

3.1外環(huán)滑模速度調(diào)節(jié)器

基于滑模策略構(gòu)造比例積分型滑?？刂破饕赃_(dá)到轉(zhuǎn)速響應(yīng)快、穩(wěn)態(tài)誤差小的目的，同時削弱傳統(tǒng)SMC中存在的抖振問題[1617]。定義轉(zhuǎn)速誤差為

5結(jié)束語

本文提出了帶負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測器的異步電動機(jī)DTC系統(tǒng)的滑模控制方法，外環(huán)采用比例積分滑?？刂破?，克服了PI調(diào)節(jié)器無法滿足系統(tǒng)高性能調(diào)速的問題，同時也減弱了傳統(tǒng)SMC中存在的抖振問題；內(nèi)環(huán)根據(jù)磁鏈和轉(zhuǎn)矩誤差，設(shè)計了滑?？刂破鞔鏈h(huán)比較器。仿真結(jié)果表明，本研究所提出的帶負(fù)載觀測器的異步電機(jī)滑模DTC系統(tǒng)，明顯降低了磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動，改善了系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能。該研究具有優(yōu)越的理論意義和應(yīng)用前景。

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