多电平变频器无速度传感器直接转矩控制的研究

根据上述思想进行扩展，对于n级H桥级联的逆变器，可以等价为2n个单元的组合变流器，相邻的两级H桥单元同一侧桥臂的采样时 刻应相互错开Ts/2n。

由上述分析可以得到在n级H桥级联型逆变器中应用错时采样调制策略的实现方法。只要根据传统两电平空间矢量算法得出某一级H桥中三个同侧桥臂的驱动信号，系统中其它各开关管的驱动信号即可通过相应的延时得到。两电平空间矢量算法在主控制器中进行，延时可通过在主控制器外增加硬件单元来实现。这样就大大减轻了主控制器的负担，能够适应快速实时控制的要求。

STS-SVM中，系统总体输出电压矢量的安排是自动完成的，由两电平空间矢量算法得出的各个桥臂触发波形自身具有对称性和均衡性，因此总体开关负荷也是均衡的。

4 STS-SVM无速度传感器DTC系统

相对于普通的多电平空间矢量算法，STS-SVM控制算法简单，开关负荷均衡，使得主控制器实现复杂的无速度传感器直接转矩控制等算法成为可能。

图3为基于STS-SVM的级联多电平无速度传感器DTC控制系统的总体结构。图中速度调节器、转矩调节器、磁链调节器均为比例积分调节，转矩调节器需要在PI调节前采用限幅，以免过大的转矩误差造成过电流冲击。系统总采用STS-SVM模块产生PWM波控制逆变器的开关状态，摒弃了复杂的开关矢量表。另外，由于未使用滞环比较，系统的采样频率是固定的，更易于数字实现。

图3 基于STS-SVM的无速度传感器DTC系统结构

4.1 STS-SVM调制的多电平逆变器

此处，多电平逆变器为图4（a）所示的三级H桥级联型拓扑。STS-SVM模型中的驱动信号的产生通过两电平空间矢量算法得出的调制波与各个开关管对应的三角波进行比较来获得，如图4（b）所示。各个三角载波存在一定的移相关系，这样就等效地实现了采样周期的相互错开。

(a) 三级级联多电平逆变器主电路

(b)STS-SVM驱动信号产生单元
图4 级联多电平主电路与PWM产生单元

4.2 磁链与转矩观测

定子磁链的估计大体上可以分为三种模型，即u-i模型，i-n模型，u-n模型。其中u-i模型中磁链表达式为
（1）
其中，，us，is，Rs分别为定子磁链、电压、电流值与定子电阻值，可见，u-i模型观测定子磁链无需转速信息，唯一所需了解的电动机参数是定子电阻Rs，因此十分适合在此处应用。