一种改进的永磁同步电机直接转矩控制方法

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永磁同步电机直接转矩控制系统的改进

ＩｐｒｖｍｅｎｔｍｏｅｎｔｏｈｅＤＴＣｆｐｅｍａｎ — ａｎｅｙｈｒｎｏｓｍｏｏｓｏｒｎｅｔｍｇｔｓｎｃｏｕｔｒ
ＺＡＮＧＨＹｕ，ＺＨＡＮＧｎＸｉｇ
（ｈ０ｅｔｉｇｉｅｒｎｎｔｍａｉｎ，ＨｅｅｎｖｒｉｙｏｃｎｌｇＳｃｏｌＥｌｃｒｃＥｎｎｅｉｇａｄＡｕｏｔｏｏｆｆｉＵｉｅｓｔｆＴｅｈｏｏｙ，Ｈｅｅ３０９，Ｃｈｎａｆｉ２００ｉ）
ｃｒｎｕａｈｎｎｈｓｎｈｏｏｓｍａｈｎｒｎｌｚｄｈｏｏｓｍｃｉｅａｄｔｅａｙｃｒｎｕｃｉｅａｅａａｙｅ．Ａｉｌｗｉｃ．ｅｅｔａｌｏｅｒａｓｍｐｅｓｔｈｓｌｃｂｅｆｒｄｃｅ — ｔｓｎｈｏｑｅｂｓｎｈｅｏｖｌａｅｖｃｏｓｅｔｂｉｈｄＴｈｙａｉｉｕａｉｎｍｏｅｆｔｅｉｇｔｅｔｒｕｙｕｉｇｔｅｚｒ－ｏｔｇｅｔｒｉｓａｌｓｅ．ｅｄｎｍｃｓｍｌｔｏｄｌｏｈ
方法存在着很大的弊端，产生较大的转矩波会动［］３。本文对零电压矢量在ＰＭ中的作用做ＭＳ
Ｌ／ｉｌｋ仿真工具ｒ，基于新型开关表ＡＢＳｍｕｉｎ５对］的ＰＭＣ系统进行了仿真，析了控制系ＭＳＤＴ分统的性能。仿真结果证明，ＭＳＤＣ系统的ＰＭＴ控制特性得到了相应的改善。
术之后发展起来的一种高性能的交流变频调速技

永磁同步电机的转矩直接控制

永磁同步电机的转矩直接控制一、本文概述本文旨在探讨永磁同步电机（PMSM）的转矩直接控制策略。

永磁同步电机作为现代电力传动系统中的核心组件，具有高效率、高功率密度和优良的控制性能。

转矩直接控制作为一种先进的电机控制技术，能够实现对电机转矩的快速、精确控制，从而提高电机系统的动态响应性能和稳定性。

本文首先将对永磁同步电机的基本结构和原理进行简要介绍，为后续转矩直接控制策略的研究奠定基础。

随后，将详细阐述转矩直接控制的基本原理和实现方法，包括转矩计算、控制器设计和优化等方面。

在此基础上，本文将重点分析转矩直接控制在永磁同步电机中的应用，探讨其在实际运行中的优势和局限性。

本文还将对转矩直接控制策略的性能进行仿真和实验研究，评估其在不同工况下的控制效果。

通过对比分析，本文将提出改进和优化转矩直接控制策略的方法，以提高永磁同步电机的控制性能和运行效率。

本文将对转矩直接控制在永磁同步电机中的应用前景进行展望，探讨其在新能源汽车、工业自动化等领域的发展潜力。

本文的研究成果将为永磁同步电机的转矩直接控制提供理论支持和实践指导，推动其在现代电力传动系统中的广泛应用。

二、永磁同步电机的基本原理永磁同步电机（PMSM）是一种特殊的同步电机，其磁场源由永磁体提供，无需外部电源供电。

PMSM利用磁场相互作用产生转矩，从而实现电机的旋转运动。

PMSM的定子部分与常规电机相似，由三相绕组构成，用于产生电磁场。

而转子部分则装有永磁体，这些永磁体产生的磁场与定子绕组的电磁场相互作用，产生转矩。

PMSM的转矩大小和方向取决于定子电流的大小、方向以及永磁体与定子绕组磁场之间的相对位置。

PMSM的控制主要依赖于对定子电流的控制。

通过改变定子电流的大小、频率和相位，可以实现对PMSM转矩和转速的精确控制。

与传统的感应电机相比，PMSM具有更高的转矩密度和效率，以及更低的维护成本。

PMSM的工作原理基于法拉第电磁感应定律和安培环路定律。

当定子绕组通电时，会产生一个旋转磁场，这个磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，产生转矩。

一种新颖的永磁同步电机直接转矩控制方法

摘要：在分析传统直接转矩控制系统中导致转矩脉动的因素和分析定子电流中存在着非零的
去磁或增磁分量的基础上，对永磁同步电动机直接转矩控制系统进行了改进，用对定子电流励磁分量实施改进调节代替对定子磁链的两点式控制；改进后消除了定子电流中不４Ｍ３１Ｍ３１文献标志码：Ａ文章编号：１０－８８２０）２０７ —４０１６４（０８１—０２０
一
种新颖的永磁同步电机直接转矩控制方法
盛义发，喻寿益
（．中南大学信息科学与工程学院，长沙４０８；２１１０３．南华大学电气工程学院，衡阳４１０）２０１
ｔｉｅｈｅｔｒｃｎｒｌｅｏａｃｎｉｈｒｅｆｉｎｙｔａｈｙｉａｉｃｒｕｏｔｌｓｓｅａｎｄｔｅｂｔｏｔｒｒｎｅａｄｈｇｅｆｃｅｃｈｎｔｅｔｐｃｌｄｒｔｏｑｅｃｎｒｙｔｍ．ｅｏｐｆｍｉｅｔｏ
ｔｍｆｃｅｃｅｅｉｎｙ．ＩｓｓｍｐｅａｄｅｓｏｉｌｍｅｔＴｈｉｌｔｎｒｓｌｎｉａｅｔｔｃａｄｄｎｍｉｉｔｗａｉｌｎａｙｔｍｐｅｎ．ｅｓｍｕａｉｅｕｔｉｄｃｔｄｓａｉｎｙａｃｏｓｐｒｏａｃｆｔｅｎｗｙｔｍｓｉｒｖｄａｄｔｒｕｅｒｐｌｓｄｃｅｓｄ，ｓｍｕｔｎｏｓｙｓｉｌｒ — ｅｆｒｎｅｏｈｅｓｓｅｗａｍｐｏｅｎｏｑｐｅｗａｅｒａｅｍｉｉｌｅｕｌｔｌｅａ

一种改进的永磁同步电机直接转矩控制方法

一种改进的永磁同步电机直接转矩控制方法董绍江;胡宇;王艳;姜保军;蔡巍巍;江松秦;张潇汀【摘要】针对传统的永磁同步电机直接转矩控制在低速运行时磁链和转矩脉动大,以及低速时定子电阻的变化导致磁链估算产生较大误差等影响电机稳定运行的问题,提出了一种改进的永磁同步电机直接转矩控制方法.该方法首先利用饱和函数-sat 函数代替二阶滑模算法中的符号函数,实现滑模控制切换的连续性,削弱滑模控制中的抖振;然后再利用改进的二阶滑模算法来设计速度和磁链控制器,替代传统的直接转矩中的滞环比较器,抑制转矩和转速的波动;最后通过在磁链估算中建立基于模糊比例积分(proportional integral,PI)控制的定子电阻补偿器,消除定子电阻变化对磁链估算的影响.仿真结果证明了所提方法的有效性与可行性.【期刊名称】《北京化工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(046)003【总页数】7页(P105-111)【关键词】直接转矩;永磁同步电机;二阶滑模算法;模糊比例积分(PI);定子电阻补偿【作者】董绍江;胡宇;王艳;姜保军;蔡巍巍;江松秦;张潇汀【作者单位】重庆交通大学机电与车辆工程学院,重庆400074;重庆交通大学机电与车辆工程学院,重庆400074;重庆电力设计院有限责任公司,重庆401121;重庆交通大学机电与车辆工程学院,重庆400074;大陆汽车研发(重庆)有限公司,重庆400074;重庆交通大学机电与车辆工程学院,重庆400074;重庆交通大学财务处,重庆400074【正文语种】中文【中图分类】TH39引言永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor，PMSM)具有功率密度大、可靠性强、调速范围宽等优点[1]，在机器人、汽车、精密制造设备等领域应用非常广泛。

但是PMSM是一个强耦合、多变量的复合系统，要保证电机的有效运转，需采取相应的控制方法对PMSM的核心电磁转矩进行精确控制[2-3]。

高性能永磁同步电机直接转矩控制

高性能永磁同步电机直接转矩控制一、概述随着能源危机和环境污染问题的日益严重，节能减排和提高能源利用效率已经成为全球性的研究热点。

在这个大背景下，永磁同步电机（PMSM）作为一种高效、节能的电机类型，受到了广泛的关注和应用。

直接转矩控制（DTC）作为一种先进的电机控制策略，因其具有控制结构简单、动态响应快、转矩脉动小等优点，在永磁同步电机的控制中得到了广泛的应用。

本文旨在探讨高性能永磁同步电机的直接转矩控制技术。

我们将对永磁同步电机和直接转矩控制的基本原理进行介绍，阐述其在电机控制中的优势和适用场景。

我们将重点分析高性能永磁同步电机直接转矩控制的实现方法，包括空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术的应用、转矩和磁链的直接控制策略、以及转速和位置的精确检测等。

我们还将讨论在实际应用中可能遇到的挑战和问题，如参数变化、外部干扰等，并提出相应的解决方案和优化策略。

通过本文的研究，我们期望能够为高性能永磁同步电机直接转矩控制技术的发展提供有益的参考和借鉴，推动其在工业、交通、能源等领域的广泛应用，为实现节能减排和提高能源利用效率做出积极的贡献。

1. 永磁同步电机（PMSM）概述永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）是一种利用永磁体产生磁场，通过电子换相实现电能与机械能转换的高效电动机。

它结合了传统直流电机和同步电机的优点，具有高功率密度、高效率和良好的调速性能。

PMSM的转子通常由永磁体构成，无需额外供电，从而减少了能量损失和复杂性。

定子则通过三相电流驱动，实现与转子磁场的同步旋转。

PMSM的控制策略对于其性能至关重要，其中直接转矩控制（Direct Torque Control，简称DTC）是一种广泛应用的先进控制方法。

DTC通过直接对电机转矩和磁链进行调控，能够迅速响应负载变化，实现高精度的速度控制和位置控制。

与传统的矢量控制相比，DTC具有结构简单、计算量小、动态响应快等优点，特别适用于高性能和快速响应的应用场景。

一种改进的永磁同步电机直接转矩控制方法

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｍｏｄｉｉｆｅｄｄｉｒｅｃｔｔｏｒｑｕｅｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＴＣ）ｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｄｕｔｙｒａｔｉｏｍｏｄｕｌａｔｅｄｆｏｒｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔ
、毛｝扎．号｝控制应用２０１７，４４（２）
控制与应用技术ｌＥＭＣＡ
一
种改进的永磁同步电机直接转矩控制方法木
孙德明，杜明星，刘志宏，魏克新
（天津理工大学天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室，天津３００３８４）
摘要：提出了一种改进的基于占空比调制的永磁同步电机直接转矩控制（ＤＴＣ）方法。分析了在不同
电压矢量作用下传统ＤＴＣ的转矩波动和磁链波动的规律。为减小转矩波动和磁链波动，提出一种改进的占空比调制方法。该方法可使每个控制周期初始的转矩误差和磁链误差同时参与占空比计算，既减小了转矩波动也抑制了磁链波动，同时还充分利用了零电压矢量使转矩减小的特性。推导了占空比的计算公式，经过Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真和基于ｄＳＰＡＣＥ平台的试验，证明了该方法能有效减小转矩波动和磁链波动。
ｃｏｎｔｒｏｌｐｅｉｏｒｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｉｔｍａｄｅｆｕｌｌｕｓｅｏｆｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｉｒｓｔｉｃｆｏｔｈｅｚｅｒｏｖｏｌｔａｇｅｖｅｃｔｏｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｔｏｒｑｕｅ．Ｔｈｅ

永磁同步电机直接转矩控制系统的改进_陶生桂

其转换关系可表示为
uαβ = C 3s/2suabc , uabc = C 2s/3suαβ
(1)
udq = C 2s/2ruαβ , uαβ = C2r/2sudq
(2)
其中 :C3s/ 2s =
1 0
-0 .5 0 .866
-0 .5 -0 .866
, 为定子三相
变换到两相坐标系的变换矩阵 ;C2s/ 3s =
图 2 传统的直接转矩控制仿真框图 Fig.2 Block diagram of traditional DTC
图 3 具有恒定开关频率的直接转矩控制仿真框图 Fig.3 Block diagram of DTC with constant switching frequency
图中 :i sα为定子电流在 α轴的分量 ;i sβ 为定子电流在 β 轴的分量 ;T PWM为给定的开关周期 ;Us 为定子电压空间矢量 .
(1 .同济大学沪西校区电气工程系 , 上海 200331 ; 2 .华东交通大学电气与电子工程学院 , 江西南昌 330013)
摘要 :介绍了一种恒定开关频率的永磁同步电机直接转矩控制方法 , 通过定子磁链及幅值给定、定子电流来计算在恒定开关周期内加在电机定子绕组上的电压 , 采用空间电压矢量调制方法使逆变器的开关器件处于恒定的工作频率 .开关频率越高 , 其控制性能越好 .仿真结果验证了方法是有效的 .
由于定子磁链在恒定的开关周期 T PWM 内发生
变化 , 则
Us
=rsis
+ ΔΧs T PWM
(8)
把式(7)代入式(8), 就可以得出定子电压的实部和
虚部 :

一种改进的永磁同步电机无位置传感器直接转矩控制

R L
βi
+
1 L
uβ
-
1 L
E^β
-
Ks L
sign ( ^βi -
βi )
·
E^α
=
-
ω e
E^β + Ks ·sign ( βi )
+ Ko ·Ks ·sign ( αi )
·
E^β
=
ω e
E^α + Ks ·sign ( αi )
+ Ko ·Ks ·sign ( βi )
(5)
其中 , Ks , Ko 为观测器增益. 选取 Ks > m ax Ea , Eb , Ko > 0, 可证明此时式 ( 4) 中 ^αi , ^βi 分别收
压矢量的 α - β轴分量 ;
Eα ,
Eβ为反电动势矢量的 α
- β轴分量 ;
θ e
,
ω e
为转子位置和角速度
(电单位
).
对
收稿日期 : 2008 - 06 - 13 作者简介 : 何栋炜 ( 1985 - ) , 男 , 硕士研究生 ; 通讯联系人 : 彭侠夫 , 博士生导师 ,教授.
·176·
[ 3 ] Xu Z, Rahman M F. An imp roved stator flux estimation for a variable structure direct torque controlled IPM synchronous motor drive using a sliding observer[ C ] / / Industry App lications Conference. 2005 Fourtieth IAS Annual M eeting, 2005.

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Ｈｈ．Ｉ一１。ＵＮＸｎｍｉＥＳｉＱＵＡ１ｉＹＡｉ．ｅ１
（ｓｇｕｎｖｒｔ，ｅｉｇ１０８，ｈｎ）ＴｉｈａＵｉｓｙＢｉｎ００４Ｃｉａｎｅｉｊ
ＡｓａｔＴｉｐｐｒｎｍｄｃｓｈｒｃｌｏＤｒｃＴｒｕｏｔｌ（Ｔ）ｆｅｎｎｇｅＳｎｈｏｏｓｔｂｔｃ：ｈｓａｅｔｕｅｅｐｎｉｅｆｉｔｏｑｅＣｎｒＤＣｏＰｒｅｔｒｉｔｉｐｅｏｒｍａＭａｎｔｙｃｒｎｕｏＭｏｒ（ＭＭ）ａｅｎｔｅｐｎｉｌ，ｅｆｔｒｗｉｆｃｔｅｔｑｅｐｒｒａｃｒｎｌｅＩｒｅｏｅｔｅｏｕ－ＰＳ．ｓｄｏｒｃｅｔｃｏｓｈｃａｆｔｈｒｕｅｆｎｅａａａｚｄ．ｏｄｒｏｓｌｒｅＢｈｉｐｈａｈｅｏｏｍｅｙｎｔｖｈｔｑ
ｖｃｏ．ｈｅｔｏｅｒａｌｍｐｏｅｈｏｑｅｐｒｏａｃｔｏｔｉｃｅｓｎｈｗｔｈｎｒｑｅｃｎｌｅｔｒｅｎｗｍｅｈｄｒｍａｋｂｙｉｒｖｓｔｅｔｒｕｅｒｎｅｗｉｕｎｒａｉｇｔｅｓｉｉｇｆｕｎｙａｄａｓＴｆｍｈｃｅｏ
中图分类号：Ｍ３１Ｔ０．２文献标识码：Ａ文章编号：００１０２０）２０５－２１０ — ０Ｘ（０８０－０２０
ＡｄｆｄＤｉｅｔＴｏｑｅＣｏｔｏｆＰｒｎｎａｎｔｙｃｒｎｕｏｏｍｏｉｅｒｃｒｕｎｒｌｅｍａｅｔＭｇｅｎｈｏｏｓＭｔｒｉｏＳ
维普资讯
第４电力电子技术
ＰｗｅｌｃｒｎｃｏｒＥｅｔｏｉｓ
Ｖｏ．２，．１４Ｎｏ２
Ｆｂｕｒ，０８ｅｒａｙ２０
一
种改进的永磁同步电机直接转矩控制方法
ｈｓｔｅａｈｍｅｔｏｕｐｅｅｓａｄｓｅｄｎｓｆｔａｉｏａＣ．ｉｌｔｅａｄｘｅｍｅｔｅｕｔｈｗｔｅｍｅｈｄｉｒｆｓｐｌｎｓｎｐｅｉｅｓｏｒｄｔｎｌＤＴＳｍｕａｉｎｅｐｒｎａｒｓｌｓｏｈｔｏｉｖｉｌｓ
的两点式调节选取合理的电压矢量．直接对逆变器
的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性
ｄｑ轴定子磁链方程式为：。
＝
，
＝
ｉ
（）２
能。因为它仅需测量电机的两相电流及母线电压便可估算磁链和转矩，其控制思想新颖。控制结构简单，转矩响应迅速，鲁棒性强。以广受关注ｌ由于所Ｉ】。
ＦｕｄｔｎＰｏｅｔＳｐｏｅｙＮｔｎｌａｕａＳｉｃｏｎａｏｆｈａ（ｏ０７０４ｏｎａｉｒｊｃ：ｕｐｒｄｂａｉａＮｔｒｌｃｎｅＦｕｄｔｎｏｉＮ．４７０）ｏｔｏｅｉＣｎ５
１引言直接转矩控制（Ｔ）ＤＣ技术是继矢量控制技术之后发展起来的一种新型高性能交流调速技术。它运
何师，阿瑞，新枚邱袁
１０８）００４（华大学，北京清
摘要：介绍了永磁同步电机（ＭＳ直接转矩控制（Ｔ）ＰＭ）Ｄｃ基本原理，并在此基础上着重分析了影响电磁转矩的因素，为解决传统ＤＣ方法中存在的转矩脉动大的缺点，采用了一种通过调节电压矢量作用时间减小转矩脉动的改进的Ｔ永磁同步电机直接转矩控制改进策略，该方法可在不提高开关器件开关频率的前提下明显改善转矩的控制性能，而且具有传统ＤＣ快速、Ｔ简单等优点。仿真和实验结果表明，该控制方法可使转矩脉动明显减小。关键词：永磁电机：转矩控制；矢量控制
用空间矢量分析法。采用定子磁场定向。助于离散借
Ⅱ
￣＋ｉｑｄＲ，
＋
ｑ
（）１
式中：， ‰分别为ｄｑ轴电压分量；，分别为ｄｑ轴磁，，链；ｔ为转子旋转的角速度；为定子电阻；分别为ｄｑｏ，，轴定子电流；ｐ为电机极对数。
ｉｌｒｂｅｎｔｔｉｏａＴａｍｐｏｅＴｅｈｄｗｓａｏｔ，ｈｈａｊｓｄｔｅｄｒｔｎｏｏｔｅｒｐｅｐｏｌｍｉｈｒｄｔｎｌＤＣ，ｎｉｒｖｄＤＣｍｔｏａｄｐｄｗｉｄｕｔｈｕａｏｆｖｌｇｐｅａｉｅｃｅｉａ
ｄｃｅｓｓｔｅｔｒｕ — ｐｌｏｖｏｓ．ｅｒａｅｏｑｅｒｐｅｂｉｕｌｈｉｙＫｅｗｏｄ：ｅｍａｅｔｔｒｏｑｅｃｎｒｌｅｔｒｃｎｒｌｙｒｓｐｒｎｎｏ；ｔｒｕｏｔｏ：ｖｃｏｏｔｏｍｏ