永磁同步电机无速度传感器改进DTC研究

1 引言
PMSM具有功率密度大、低速输出转矩大、效率高等优良性能，现已广泛应用于伺服系统、舰船推进系统、电动机牵引系统、风力发电系统、航空航天等领域。DTC具有控制方式简单、转矩响应快、便于全数字化实现的优点，在交流传动中得到越来越多的应用；但DTC具有转矩和磁链脉动大、逆变器开关频率不固定等缺点，将SVM应用在PMSM DTC中，可有效减小转矩和磁链脉动，并使逆变器具有恒定的开关频率，从而得到更好的稳态控制性能。在DTC中，磁链和转速的估测精度直接决定着整个系统的性能。若在转子轴上安装机械式传感器得到电机的转速信息，不仅增加了系统成本，还限制了控制装置在恶劣环境下的应用。运用无速度传感器控制技术，可在线估计电机的磁链和转速，从而省去了机械传感器。故如何准确获得磁链和转速成为研究热点。EKF提供了一种对非线性系统状态进行精确估计的解决方案，可有效削弱随机系统噪声和测量噪声的影响，特别适合于电机等非线性控制系统。
这里在基于SVM的改进DTC策略基础上，采用4阶EKF观测出PMSM的定子磁链和转速，详细说明了EKF的设计，并设计了硬件实验平台，结果证明了所采用控制方法的可行性和有效性。

2 PMSM无速度传感器DTC系统
图1为PMSM无速度传感器改进DTC系统框图。图中，x，y／α，β模块实现电压分量从定子磁链x，y坐标系到两相静止α，β坐标系的变换：

式中：uα，uβ为定子电压在α，β轴分量：θs为定子磁链角。

定子磁链幅值ψs，θs及电磁转矩Te分别为：


3 EKF观测器设计
对于隐级式PMSM，其在两相静止α，β坐标系下的电压方程和磁链方程分别为：