改進(jìn)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制精度的措施

對于磁阻轉(zhuǎn)矩常數(shù)的識別也會促進(jìn)在高轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)矩精度的提高，如圖5所示。


圖5 在磁場削弱范圍內(nèi)電機(jī)參數(shù)辨識后的轉(zhuǎn)矩精度



但是在過載的情況下，電機(jī)參數(shù)辨識策略在所有速度下均不能改進(jìn)轉(zhuǎn)矩精度。

kk（iq）多項(xiàng)式離線自適應(yīng)控制系統(tǒng)

在過載情況下，轉(zhuǎn)矩電流iq和轉(zhuǎn)矩常數(shù)之間的恒定關(guān)系將不再適用。這時需要使用公式2所定義的多項(xiàng)式mact＝f（iq）iq的方法來表示轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生的電流的關(guān)系：



參數(shù)的辨識與第二部分中討論的kt辨識類似。不同處在于現(xiàn)在需要在n個運(yùn)行點(diǎn)上重復(fù)測量轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的電流iq，從電流額定值的一半到最大電流之間對n個點(diǎn)進(jìn)行采樣測量。勵磁電流id為零，同時也用到之前確定的磁阻轉(zhuǎn)矩常數(shù)。

如公式（3）中所示，參數(shù)是通過最小二乘法估算得到的。



圖6顯示了在使用kt（iq）多項(xiàng)式離線自適應(yīng)控制系統(tǒng)后的轉(zhuǎn)矩精度。3倍過載的情況下轉(zhuǎn)矩精度偏離額定轉(zhuǎn)矩的誤差也未超過±3%。


圖6 離線自適應(yīng)控制下的轉(zhuǎn)矩精度

不幸的是，在發(fā)生溫度變化時這一策略同樣也會失效。所以在所需溫度運(yùn)行點(diǎn)上進(jìn)行電機(jī)參數(shù)辨識，并且控制溫度在一個最小范圍內(nèi)變化顯得格外重要。除了溫度方面的缺陷，一個變化的磁阻轉(zhuǎn)矩常數(shù)同樣也會使得這一策略在去磁效應(yīng)范圍內(nèi)失效。

kt在線自適應(yīng)控制系統(tǒng)

如果電機(jī)電樞溫度有明顯變化或者在公式（2）中所述的磁阻轉(zhuǎn)矩常數(shù)kt,rel方法在弱磁范圍內(nèi)不能用，那么就需要使用在線自適應(yīng)方法。


圖7 永磁同步電機(jī)相量圖
這種在線自適應(yīng)方法是基于從電壓相量和電流相量對電動勢相量，磁場強(qiáng)度相量的推導(dǎo)。如圖7和公式（4）所示。該方法對任何參考系下的定子或轉(zhuǎn)子都適用。


電動勢相量與積分算子（jωel）－1（需要已知電轉(zhuǎn)速ωel電轉(zhuǎn)速是機(jī)械轉(zhuǎn)速與極對數(shù)的乘積）相乘可得場強(qiáng)相量。更進(jìn)一步，用場強(qiáng)相量的絕對值乘以1.5（這一因數(shù)依賴定子電流3/2轉(zhuǎn)換的情況）以及極對數(shù)zp得到實(shí)際的轉(zhuǎn)矩常數(shù)kt。



但可惜的是，在靜態(tài)情況下，由于電機(jī)端電壓是作為輸入量的，這套在線自適應(yīng)策略不適用。只有在速度高于額定轉(zhuǎn)速的10% 時在線自適應(yīng)策略才適用。圖8顯示了在線自適應(yīng)策略對于轉(zhuǎn)矩精度的控制情況。從圖中可知，在轉(zhuǎn)速為零時，自適應(yīng)策略是無效的。


圖8 在線自適應(yīng)控制下的轉(zhuǎn)矩精度

從圖8中可以看出，在3倍過載范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩偏差不會超過額定轉(zhuǎn)矩的4%。輕微的過補(bǔ)償是源于所獲得的電壓不準(zhǔn)確，所以精確地知道實(shí)際電壓是實(shí)現(xiàn)在線自適應(yīng)轉(zhuǎn)矩精度控制的關(guān)鍵。

換流電壓誤差補(bǔ)償

由于性價比的緣故，很多逆變器沒有配置相電壓傳感器。實(shí)際相電壓是由晶體管在一個控制周期tcycle間點(diǎn)所決定的。為避免在直流耦合處發(fā)生短路，需要設(shè)置一個大于實(shí)際晶體管關(guān)斷時間toff的互鎖時間tl，由此來保證在單相電路中同一時刻僅有一個晶體管關(guān)斷。但是這將導(dǎo)致線路中出現(xiàn)兩管同時不導(dǎo)通的時間段，如圖9所示，左邊topen＝tl－toff，右邊topen＝ton。


圖9 晶體管的開關(guān)時間圖

在兩管都處于關(guān)斷的狀態(tài)下，實(shí)際相電壓由相電流決定。在具備足夠大的電感情況下，可以認(rèn)為相電流在topen時間內(nèi)是一個定值。電纜的特性用晶體管與電容c并聯(lián)來模擬，如圖10所示。


圖10 單相晶體管電路

當(dāng)上側(cè)晶體管（圖9左側(cè)）關(guān)斷后，上側(cè)電容開始充電而下側(cè)電容開始放電。如果相電流iphase很小，上側(cè)電容的電壓直到下側(cè)晶體管已經(jīng)導(dǎo)通才充至直流耦合電壓udc。如圖11左側(cè)所示。


圖11 ?。ㄗ螅┐螅ㄓ遥┫嚯娏飨碌纳蟼?cè)電容充電情況