异步电机直接转矩控制的ISR方法研究

1 引言

目前，矢量控制（vc）和直接转矩控制（dtc）已经被人们公认为是高性能的交流变频调速技术。矢量控制系统采用转子磁链定向，实现了定子电流转矩分量与磁链分量的解耦，可以按线性理论分别设计转速与磁链调节器（一般采用pi调节器），实行连续控制，从而获得较宽的调速范围，但系统易受转子参数变化的影响。直接转矩控制系统则舍去比较复杂的旋转坐标变换，直接在定子静止坐标系上，计算电磁转矩和定子磁链，并用双位式bang-bang控制对转矩和磁链进行调解，受电机参数影响较小，转矩响应快，但由于bang-bang控制本身属于p控制，不可避免地产生转矩脉动，影响系统低速性能。本文介绍的isr（indirekte selbst regelung）控制策略能有效地减小直接转矩控制中转矩的脉动，具有良好的低速性能及动、静态特性。

2 异步电动机动态模型

在定子两相静止坐标系(α，β)中的异步电动机电压方程及电磁转矩方程可表示为：

uαs=rsiαs+pψαs (1)

uβs=rsiβs+pψβs (2)

(3)
其中:uαs，uβs，iαs，iβs，ψαs，ψβs分别是α，β坐标系下定子侧电压，电流，磁链的α，β轴分量：rs为定子电阻；np为电机极对数；p为微分算子；为电机漏电感为常数；θ为定子磁链与转子磁链的夹角。

由式（1）、（2）式我们可以得到定子两相静止坐标系下定子磁链可表示为：

(4)
　(5)

直接转矩控制的主电路图如图1所示。



图1 直接转矩控制主电路图

其中逆变器的8种开关状态对应了8组电压矢量，如表1所示[1]。

表1 电压矢量表



表2 逆变器电压矢量选择表



为了方便控制定子磁链和电磁转矩，我们把磁链空间矢量划分为6个均等的区域，划分原则是：

(6)

k为扇区号，k=1,2,3,4,5,6，如图2所示。在每个扇区内针对磁链和转矩的不同情况选择不同的电压矢量。图3 为bang-bang控制方案。



图2 扇区及电压矢量图



图3 bang-bang控制