永磁同步電機(jī)無速度傳感器改進(jìn)DTC研究

1 引言
PMSM具有功率密度大、低速輸出轉(zhuǎn)矩大、效率高等優(yōu)良性能，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于伺服系統(tǒng)、艦船推進(jìn)系統(tǒng)、電動機(jī)牽引系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、航空航天等領(lǐng)域。DTC具有控制方式簡單、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快、便于全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，在交流傳動中得到越來越多的應(yīng)用；但DTC具有轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動大、逆變器開關(guān)頻率不固定等缺點(diǎn)，將SVM應(yīng)用在PMSM DTC中，可有效減小轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動，并使逆變器具有恒定的開關(guān)頻率，從而得到更好的穩(wěn)態(tài)控制性能。在DTC中，磁鏈和轉(zhuǎn)速的估測精度直接決定著整個系統(tǒng)的性能。若在轉(zhuǎn)子軸上安裝機(jī)械式傳感器得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速信息，不僅增加了系統(tǒng)成本，還限制了控制裝置在惡劣環(huán)境下的應(yīng)用。運(yùn)用無速度傳感器控制技術(shù)，可在線估計電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)速，從而省去了機(jī)械傳感器。故如何準(zhǔn)確獲得磁鏈和轉(zhuǎn)速成為研究熱點(diǎn)。EKF提供了一種對非線性系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行精確估計的解決方案，可有效削弱隨機(jī)系統(tǒng)噪聲和測量噪聲的影響，特別適合于電機(jī)等非線性控制系統(tǒng)。
這里在基于SVM的改進(jìn)DTC策略基礎(chǔ)上，采用4階EKF觀測出PMSM的定子磁鏈和轉(zhuǎn)速，詳細(xì)說明了EKF的設(shè)計，并設(shè)計了硬件實(shí)驗(yàn)平臺，結(jié)果證明了所采用控制方法的可行性和有效性。

2 PMSM無速度傳感器DTC系統(tǒng)
圖1為PMSM無速度傳感器改進(jìn)DTC系統(tǒng)框圖。圖中，x，y／α，β模塊實(shí)現(xiàn)電壓分量從定子磁鏈x，y坐標(biāo)系到兩相靜止α，β坐標(biāo)系的變換：

式中：uα，uβ為定子電壓在α，β軸分量：θs為定子磁鏈角。

定子磁鏈幅值ψs，θs及電磁轉(zhuǎn)矩Te分別為：


3 EKF觀測器設(shè)計
對于隱級式PMSM，其在兩相靜止α，β坐標(biāo)系下的電壓方程和磁鏈方程分別為：