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基于DSP永磁同步电机直接转矩控制系统研究

[点击量:589][来源:立新电机]

2018-02-05

        由于PMSM具有功率密度高、效率和功率因数高的特点,在工业、民用、军事等领域的应用越来越广泛。DTC摒弃了矢量控制中解耦的控制思想,去掉了PWM控制和电流反馈环节,采用特定的定子磁链定向和空间矢量概念,通过检测定子电压、电流,直接在定子坐标系下观测电机磁链、转矩,并将此观测值与给定磁链、转矩相比较,差值经滞环控制器调节得到相应控制信号,再综合当前磁链状态来选择相应电压空间矢量,直接控制电机定子磁链及转矩,以获得快速的转矩响应及优良的控制性能。针对永磁同步电机直接转矩控制策略,阐明其理论基础,运用现有的异步电机DTC研究成果,从理论及空间电压矢量选择表。

 

  表1逆时针运转时逆变器开关表磁链7转矩T磁链矢量所处区域~VI表示当前磁链所在区域(),U表示所选择的电压矢量,这就是PMSMDTC的控制规律。

  

        在实际的数字控制系统中,磁链会经常处在分区边界处的一个小扇区内,造成电压矢量选择的不确定性。为此在分区边界上选择与分区边界垂直的电压矢量,得到表2所示修正表。

  

        表2原始开关修正表磁链转矩T定子磁链所处边界广或1如果定子磁链幅值变化量在区域边界上为0. 5%时,输出电磁转矩变化量可达到10%,如果不采用表2对原始开关表1进行修正,电机往往不能正常起动。

  

        输入信号处理为实现定子磁链及转矩的观测,检测电机电压电流。对PMSMDTC而言,为起动电机需知转子磁极的准确位置以确定定子磁链初始矢量,同时还需要用光电编码信号计算电机的转速实现速度闭环控制。为此设置了电压、电流、光电编码等输入信号的处理电路。

  

        系统保护电路由于PMSMDTC系统无电流环,借助于离散的两点式调节(Ban-Bang控制)直接对逆变器开关状态进行控制,有可能发生电流冲击,为此必须完善系统的过流保护。

  

         过流保护措施分三层实施,依次是软件、硬件和IPM自身保护,其电流保护值依次增加。硬件过流测与锁存电路如所示。

  

        保护系统共有三路故障信号源,分别是三相电机过流、直流母线过流和IPM故障信号。3个故障信号经处理获得一个总的报警信号,分别输入到DSP和硬件保护电路。为确保保护功能得以实现,区边界修正后,获得了良好的起动能力和起动特性。

  

        电机空载起动的转速(上)、转矩(下)波形示出2000r/min下稳定运行时的定子磁链矢量轨迹,具有圆形特征。为电机给定转速000r/min之间切换的情况下得到的转矩响应波形。0是转矩在-5Nm和5N*m之间,切换速度开环情况下得到的转矩波形。

  

         可以看出,电机的输出转矩从-5Nm到5Nm的变化时间仅为1ms,体现了采用PMSMDTC策略后能获得快速的转矩动态响应效果。

  6结论分析了PMSMDTC与异步电机DTC之间的差异,针对定子磁链分区边界上电压矢量选择方面存在的误差,对PMSMDTC开关表作了补充优化,在此基础上提出了一整套控制方案和实现技术。实验结果验证了所提出的PMSMDTC方案实际可行,具有良好的转矩动态响应性能。

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