永磁同步电动机的直接转矩控制策略

　　1 引言

　　交流异步电动机是一个多变量、非线性、强耦合的被控对象，交流电机调速问题一直困扰难以控制。70年代初发展起来的矢量控制技术，实现了转矩和电流分量的解耦控制。矢量控制系统性能虽好，但需要两次矢量旋转变换，计算量大，系统也很复杂。80年代中期日本的学者takahashi、noguchi提出了异步电动机的直接转矩控制(direct torque control，dtc)[1][2]，德国鲁尔大学的depenbrock教授提出了异步电动机的直接转矩自控制(direct self control，dsc)[3][4]，罗马尼亚学者ion boldea教授称之为转矩矢量控制[5](torque vector control，tvc)，这种控制方法不需要矢量旋转变换，直接在定子坐标系上计算转矩，通过转矩bang-bang控制器产生pwm信号，使系统具有良好的转矩响应特性。由于省去了矢量旋转变换，因而系统结构非常简单。

　　1996年abb公司率先在acs600异步电动机调速产品中采用了直接转矩控制技术[6][7]，转矩响应时间2ms，而后其它一些变频器厂家也相继采用了dtc技术，预计dtc技术会在新的世纪超过矢量控制技术。永磁同步电动机一般采用转子磁场定向控制，许多文献都作过详细的阐述，在异步电动机转矩控制获得进展的同时，不少学者也开始关注同步电动机的转矩控制问题，从而能提高系统的动态性能，提出了许多转矩控制方案[7-9]，国内也有学者关注这一课题，本文根据有关文献介绍永磁同步电动机的直接转矩控制策略，希望能推动这方面的研究工作。

　　2 永磁同步电动机的直接转矩控制基本方案

　　2.1 控制方案

　　永磁同步电动机由电压源逆变器供电，选择最优开关矢量来控制定子磁链和定子转矩，从而获得最快的转矩响应。控制系统框图如图1所示，电磁转矩误差和定子磁链误差分别输出至转矩和磁链滞环比较器，磁链滞环比较器是三位比较器，电磁转矩滞环比较器是一个二位滞环比较器，滞环比较器的离散输出值是最优开关矢量表的输入，定子磁链空间矢量的位置信号(区域号)也是查表的输入值。永磁同步电动机直接转矩控制开关矢量和分区示意图如图2所示，6个开关矢量和6个分区，这6个开关矢量分别占据角α(1),α(1)…α(6)每个区域占据60°电角度，从-30°到+30°。

　　控制系统中包括1个估计器，用于估计定子磁链空间矢量和估计电磁转矩te，如果系统有速度环，那么速度控制器的输出就是电磁转矩的参考值。

　　图1 永磁同步电动机直接转矩控制方框图

　　图2 永磁同步电动机直接转矩控制开关矢量和分区示意图

　　2.2 定子磁链的估计