永磁同步電機無(wú)速度傳感器改進(jìn)DTC研究

1 引言
PMSM具有功率密度大、低速輸出轉矩大、效率高等優(yōu)良性能，現已廣泛應用于伺服系統、艦船推進(jìn)系統、電動(dòng)機牽引系統、風(fēng)力發(fā)電系統、航空航天等領(lǐng)域。DTC具有控制方式簡(jiǎn)單、轉矩響應快、便于全數字化實(shí)現的優(yōu)點(diǎn)，在交流傳動(dòng)中得到越來(lái)越多的應用；但DTC具有轉矩和磁鏈脈動(dòng)大、逆變器開(kāi)關(guān)頻率不固定等缺點(diǎn)，將SVM應用在PMSM DTC中，可有效減小轉矩和磁鏈脈動(dòng)，并使逆變器具有恒定的開(kāi)關(guān)頻率，從而得到更好的穩態(tài)控制性能。在DTC中，磁鏈和轉速的估測精度直接決定著(zhù)整個(gè)系統的性能。若在轉子軸上安裝機械式傳感器得到電機的轉速信息，不僅增加了系統成本，還限制了控制裝置在惡劣環(huán)境下的應用。運用無(wú)速度傳感器控制技術(shù)，可在線(xiàn)估計電機的磁鏈和轉速，從而省去了機械傳感器。故如何準確獲得磁鏈和轉速成為研究熱點(diǎn)。EKF提供了一種對非線(xiàn)性系統狀態(tài)進(jìn)行精確估計的解決方案，可有效削弱隨機系統噪聲和測量噪聲的影響，特別適合于電機等非線(xiàn)性控制系統。
這里在基于SVM的改進(jìn)DTC策略基礎上，采用4階EKF觀(guān)測出PMSM的定子磁鏈和轉速，詳細說(shuō)明了EKF的設計，并設計了硬件實(shí)驗平臺，結果證明了所采用控制方法的可行性和有效性。

2 PMSM無(wú)速度傳感器DTC系統
圖1為PMSM無(wú)速度傳感器改進(jìn)DTC系統框圖。圖中，x，y／α，β模塊實(shí)現電壓分量從定子磁鏈x，y坐標系到兩相靜止α，β坐標系的變換：

式中：uα，uβ為定子電壓在α，β軸分量：θs為定子磁鏈角。

定子磁鏈幅值ψs，θs及電磁轉矩Te分別為：


3 EKF觀(guān)測器設計
對于隱級式PMSM，其在兩相靜止α，β坐標系下的電壓方程和磁鏈方程分別為：