电动机调速是很关键的问题,可以直接通过调节减速箱等办法进行调节。现在研究的问题是通过调节电动机输入电压的幅值和频率,来改变电动机的转速。在本文中,针对永磁同步电动机的转速调节,采用直接转矩控制方法。直接转矩控制(Direct Torque Control,简称DTC)是继矢量控制技术之后的一种新方法,它采取定子磁链定向,利用离散的两点式(Band-Band)进行调节,并直接对电机的磁链和转矩进行控制,使电机转矩迅速响应,人们最先将此方法应用于感应电机控制中。随着电机技术的迅速发展,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)已获得越来越广泛的应用,将DTC控制策略应用于永磁同步电机控制中,以提高电机的快速转矩响应,成为研究者关注的课题。由于电机转矩和磁链的计算对控制系统性能影响较大,为了获得满意的转矩计算,仿真研究是最有效的工具和手段。本文中利用MATLAB软件下的simulink仿真工具对PMSMDTC系统进行仿真;同时还详细地介绍了DTC系统中各控制计算单元的模型建立,并分析控制系统的性能。

　　1、永磁同步电机的直接转矩控制

　　(1)永磁同步电机的数学模型

　　假设PMSM具有正弦波反电势,磁路线性且不考虑磁路饱和,忽略电机中的涡流损耗和磁滞损耗,可得到PMSM在转子同步旋转坐标系d-q轴系下的数学模型为

　　Ψd=L did+Ψf (1)

　　Ψq=L qiq (2)

　　ud=R sid+PΨ d-ωrΨq (3)

　　uq=R siq+PΨ q-ωrΨd (4)

　　式中:Ψd,Ψq为定子磁链d-q轴分量;L d,L q为定子绕组d-q轴等效电感;id,iq为定子电流;ud,uq为定子电压d-q轴分量;Ψ f为转子磁链;R s为定子绕组电阻;P 为微分算子;ω r为转子机械角速度;T e为电磁转矩;np为电极对数;T m为负载转矩;J 为电机转动惯量;B为粘滞系数。

　　(2)直接转矩控制系统调节电机速度

　　直接转矩控制的结构原理如图1所示,它由逆变器、PMSM、磁链估算、转矩估算、转子位置估算、开关表和调节器等组成。控制系统将电机给定转速和实际转速的误差,经调节器输出给定转矩信号;同时系统根据检测的电机三相电流和电压值,利用磁链模型和转矩模型分别计算电机的磁链和转矩大小,计算电机转子的位置、电机给定磁链和转矩与实际值的误差;然后根据它们的状态选择逆变器的开关矢量,使电机能按控制要求调节输出转矩,最终达到调速的目的。