矢量控制和直接转矩控制优缺点

第四节 基于动态模型按转子磁链定向的 矢量控制系统 本节提要 坐标变换的基本思路 矢量控制系统的基本思路 按转子磁链定向的矢量控制方程及其解

耦作用 转子磁链模型 转速、磁链闭环控制的矢量控制系统— —直接矢量控制系统

一、 坐标变换的基本思路 直流电机的物理模型 直流电机的数学模型比较简单，先分析 一下直流电机的磁链关系。图5-1中绘出了 二极直流电机的物理模型，图中 F为励磁 绕组，A 为电枢绕组，C 为补偿绕组。 F 和 C 都在定子上，只有 A 是在转子上。 把 F 的轴线称作直轴或 d 轴(direct axis),主磁通 的方向就是沿着 d 轴的； A和C的轴线则称为交轴或q 轴(quadrature axis)。

q电枢绕组励磁绕组

A

ia

F if

d

补偿绕组

ic

C图5-1 二极直流电机的物理模型

主极磁场在空间固定不动；由于换向器 作用，电枢磁动势的轴线始终被电刷限定 在 q 轴位置上，其效果好象一个在 q 轴上 静止的绕组一样。 但它实际上是旋转的，会切割 d 轴的磁 通而产生旋转电动势，这又和真正静止的 绕组不同，通常把这种等效的静止绕组称 作“伪静止绕组”(pseudo - stationary coils)。

第四节 基于动态模型按转子磁链定向的 矢量控制系统 本节提要 坐标变换的基本思路 矢量控制系统的基本思路 按转子磁链定向的矢量控制方程及其解

耦作用 转子磁链模型 转速、磁链闭环控制的矢量控制系统— —直接矢量控制系统

一、 坐标变换的基本思路 直流电机的物理模型 直流电机的数学模型比较简单，先分析 一下直流电机的磁链关系。图5-1中绘出了 二极直流电机的物理模型，图中 F为励磁 绕组，A 为电枢绕组，C 为补偿绕组。 F 和 C 都在定子上，只有 A 是在转子上。 把 F 的轴线称作直轴或 d 轴(direct axis),主磁通 的方向就是沿着 d 轴的； A和C的轴线则称为交轴或q 轴(quadrature axis)。

q电枢绕组励磁绕组

A

ia

F if

d

补偿绕组

ic

C图5-1 二极直流电机的物理模型

主极磁场在空间固定不动；由于换向器 作用，电枢磁动势的轴线始终被电刷限定 在 q 轴位置上，其效果好象一个在 q 轴上 静止的绕组一样。 但它实际上是旋转的，会切割 d 轴的磁 通而产生旋转电动势，这又和真正静止的 绕组不同，通常把这种等效的静止绕组称 作“伪静止绕组”(pseudo - stationary coils)。

基于转矩矢量控制的开关磁阻电机控制系统

摘要 本文提出了一种基于瞬时电流控制的抑制开关磁阻电机转矩脉动的微步控制策略。设计了以TMS320LF2407为主控制器的开关磁阻电机控制系统。给出了系统的硬件电路和软件框图。采用最新的转矩矢量控制策略,有效地抑制了转矩脉动。仿真实验结果表明:本系统硬件简单、实用性好、具有良好的动态和静态特性。

关键词 SR电机;DSP控制器;电动汽车

0 引言

开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)是在磁阻电动机的基础上发展起来的一种高性能机电一体化电机,以其结构简单坚固、成本低廉、工作可靠、耐高温等优点,又在高度发展的电力电子和微机控制技术的支持下获得良好的可控性,已经在许多领域得到了应用。

但是,开关磁阻电动机最主要的缺点就是转矩脉动,它不仅直接影响着驱动系统的输出特性,而且还将不可避免加重电动机本身的振动和增加电动机运行时的噪声。因此,开关磁阻电动机转矩脉动抑制的研究一直受到人们的重视。文献[1]将模糊推理与神经网络有机结合起来,利用它的模糊规则和自学习能力,得到优化的期望相电流,从而实现电动机的低转矩脉动控制。但是控制方案复杂,难以实现实时控制,且控制性能与模糊规则和样本的选取

基于转矩矢量控制的开关磁阻电机控制系统

摘要 本文提出了一种基于瞬时电流控制的抑制开关磁阻电机转矩脉动的微步控制策略。设计了以TMS320LF2407为主控制器的开关磁阻电机控制系统。给出了系统的硬件电路和软件框图。采用最新的转矩矢量控制策略,有效地抑制了转矩脉动。仿真实验结果表明:本系统硬件简单、实用性好、具有良好的动态和静态特性。

关键词 SR电机;DSP控制器;电动汽车

0 引言

开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)是在磁阻电动机的基础上发展起来的一种高性能机电一体化电机,以其结构简单坚固、成本低廉、工作可靠、耐高温等优点,又在高度发展的电力电子和微机控制技术的支持下获得良好的可控性,已经在许多领域得到了应用。

但是,开关磁阻电动机最主要的缺点就是转矩脉动,它不仅直接影响着驱动系统的输出特性,而且还将不可避免加重电动机本身的振动和增加电动机运行时的噪声。因此,开关磁阻电动机转矩脉动抑制的研究一直受到人们的重视。文献[1]将模糊推理与神经网络有机结合起来,利用它的模糊规则和自学习能力,得到优化的期望相电流,从而实现电动机的低转矩脉动控制。但是控制方案复杂,难以实现实时控制,且控制性能与模糊规则和样本的选取

感应电机矢量控制与直接转矩控制系统的低速性能对比

1 引言

1971年德国学者Blastchke等人首先提出了矢量变换控制的基本思想。1985年德国学者

Depenbrock又提出了直接转矩控制思想。这两种控制方法都可以使感应电机获得优良的控制特性。也使得感应电机应用于各种高性能传动系统中成为现实。

近年来，随着电力电子技术及微电子技术的发展。特别是IGBT、MOSFET等全控型功率开关器件及IPM智能功率模块的出现，以及可用于电机控制的DSP等高性能微处理器的出现，为感应电机的各种高性能控制算法的数字化实现奠定的坚实的基础。矢量控制需要的电机参数多，定向准确度受参数变化的影响大，而直接转矩控制系统需要的电机参数少，参数鲁棒性更好转矩响应更快。近年来，对矢量控制的研究主要集中在参数鲁棒性和无速度传感器的低速性能研究在恒频控制和低速性能的改进上

[5-6]

[4,5]

[2]

[1]

，而直接转矩控制多集中

。对两种控制系统的比较分析较少，而且缺乏对超低速性能的分

析研究，因此本文基于Matlab6.5/simulink建立了矢量控制系统和直接转矩控制系统的仿真模型。研究了转子电阻和定子电阻对矢量控制和直接转矩控制系统低速性能影响并进行了对比

直接转矩控制原理

直接转矩控制原理比较简单，就是根据计算得出的反馈值（转速、电流）（没有实际值，因为在电机内部安装传感器并不实用，一般反馈量都是计算出来的）与给定值相比较，根据偏差（两种：磁链和转矩）大小，选择合适的电压矢量（开关状态）。电压矢量对定子磁链进行控制（幅值，相位），从而改变转矩。

传统直接转矩控制方法偏差分类： 磁链： 1，需要增大 2，需要减小 转矩： 1，需要增大 2，不变 3，需要减小

可见共有6中要求控制状态。在4个控制电压矢量和2个零电压矢量中选择合适的，即为滞环比较器的输出。仿真系统中这个功能由滞环比较单元与查表单元结合产生。

一、引言

电动机调速是各行各业中电动机应用系统的必需环节。直流电动机因其磁

链与转矩电流各自独立，不存在耦合关系，能够获得很好的调速范围和调速精度，静、动态特性均比较好而获得广泛应用。

交流（异步）电动机结构简单却因其磁链与电流强耦合，而且是多变量非线性系统，调速难度大，长期以来在调速系统的应用受到限制。直到近三十年来，一系列新型的传动调速技术的出现才开始了交流传动的新篇章。 1．交流传动的发展简述

首先是变压变频调速系统（VVVF），后来出现了矢量控制（FOC）和直接转矩控制（DTC）调

矢量控制方式分析

矢量控制

矢量控制是变频器调速控制的一种方式，一般常用的U/f控制比较简单，机械特性硬度也较好，能够满足一般的平滑调速要求，但是这种控制在低频时由于U较小，定子阻抗压降的分量比较显著，不能再忽略，另外其输出量最大转距随着f的降低而减小，最大转距大小将限制调速系统的带载能力，当转距增大到最大值以后，特性就弯下了，也就是说其机械特性是非线性的，而不能像直流电机一样是线性的，换句话说其动态转距能力和静态调速转距都还是不尽人意，如果对系统静态调速性能要求较高则只有采用矢量变频控制调速的方法。过程如下：速度给定信号和速度反馈信号经过控制器综合，产生类同于直流电机励磁电流的给定信号和电枢电流给定信号，经过反旋转变换得到Idc和Ibl，再经过二相/三相变换得到iA iB iC，把这三个电流控制信号由控制器直接得到的频率控制信号加到带电流控制的变频器上，就可以输出异步电动机调速所需的三相变频电流。

由于异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。上世纪70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理

异步电动机矢量控制调速系统

一. 矢量控制调速系统的基本思路

从电动机运动方程来看，唯一能影响转速的就是转矩，所以要想 获得良好的调速性能，必须能够很好的控制电动机的转矩。这样看来，电机调速的关键在于控制转矩。

前面我们系统的分析了直流调速系统，直流调速系统之所以具有优良的调速性能，是因为定子励磁电流和电枢电枢电流这两个参数可以分别由电动机的励磁回路和电枢回路独立产生，且空间正交，是两个可以独立控制的变量。忽略磁路的饱和等非线性因素，只要控制定子励磁电流，使磁通恒定，则电磁转矩就正比于电枢电流，当负载转矩变化时，只要调节电枢电流就可以获得满意的动态性能。

对于异步电动机而言，情况就变得很复杂了。异步电动机电磁转矩与多个系统变量有关，而且他们之间相互联系，耦合紧密，所以电磁转矩很难精确控制。这与电动机本身的结构有关，电机中绕组相互耦合交叉，彼此之间的联系很强，定转子之间又有相对运动，导致电机成为一个高阶的时变的非线性系统。

经过对比可以发现，直流电动机的优良调速性能可归结为物理量之间解耦比较彻底，可以分别单独控制。而反观异步电动机，电机中物理量耦合程度强，相互联系，控制起来就很复杂。

模仿直流电动机的调速方法，异步电动机的数学模型在同步旋转坐标

电力电子系统仿真作业

矢量控制的PI调节

1矢量控制的基本概念

从直流电机调速原理知道，改变Ff（即励磁电流if）或Fa（即电枢电流ia）的大小，都能调节直流电机的转速n.当Ff和Fa垂直时，如果忽略电枢反应对磁路饱和的影响，单独改变Ff或Fa，可以做到互不影响，这样就可以通过改变其中的一个磁动势独立调节转速，使直流电机具有较理想的调速特性。这种互不影响特性称为Ff或Fa之间的解耦控制。这种调速的方法称为矢量控制法。对于同步电机，我们只要站在同步电机转子上来观察和处理Fa和Ff，即我们通常使用的将静止坐标变换到同步旋转坐标来分析，所以我们完全可以将控制直流电机的方法，即所谓的矢量控制，用到交流电机上。在矢量控制中，不用磁动势来进行分析运算，而用它产生的电流或者电动势、电压进行分析运算。

2 坐标变换

2.1三相-两相（3/2）变换或两相-三相（2/3）变换

如图2.1，本来电枢磁动势Fa是由定子三相交流电流产生的，现在等效为以同步速旋转的直流电流ia产生的。这就需要进行各有关物理量之间的变换。从图2.1可以看出ia在以同步速旋转的M、T坐标系里有两个变量，即iM和iT，而定子三相交流电流有三个变量，ia、ib和ic。由于定子绕组与定子电流均为

几种PFC控制的优缺点

１﹐峰值电流型控制的(CCM) 优点﹕﹒频率恒定。

﹒仅检测开关电流﹐用一个电流互感器完成﹐比用电阻损耗小。 ﹒不需要电流误差放大器及补偿网络。 ﹒有效地限制最大开关电流。

缺点﹕﹒在占空比大于50%时﹐存在次谐波振荡﹐因此需斜波补偿。 ﹒在高线输入电压及轻载时的输入电流畸变会因斜波补偿 的存在而更糟糕。

﹒控制系统对传导噪声很敏感。 ２﹐平均电流型控制的(CCM) 优点﹕﹒ 频率稳定。

﹒不需要斜波补偿。

﹒控制回路因为有电流滤波而对传导噪声不敏感。

﹒比峰值电流控制有更好的输入电流波形﹐接近线路电压的零跨越

﹐占空比接近于１。﹒因而减少了输入电流的死角。 缺点﹕﹒必须检测电感电流。

﹒必须有电流误差放大器及补偿网络﹐且设计必须考虑在线路周期

内不同的变换器工作点。 ３,Hysteresis 型控制的(CCM)

优点﹕﹒不需要斜波补偿。

﹒很低的输入电流波形畸变。 缺点﹕﹒可变的开关频率。 ﹒必须检测电感电