改進(jìn)永磁同步電機轉矩控制精度的措施

對于磁阻轉矩常數的識別也會(huì )促進(jìn)在高轉速下轉矩精度的提高，如圖5所示。


圖5 在磁場(chǎng)削弱范圍內電機參數辨識后的轉矩精度



但是在過(guò)載的情況下，電機參數辨識策略在所有速度下均不能改進(jìn)轉矩精度。

kk（iq）多項式離線(xiàn)自適應控制系統

在過(guò)載情況下，轉矩電流iq和轉矩常數之間的恒定關(guān)系將不再適用。這時(shí)需要使用公式2所定義的多項式mact＝f（iq）iq的方法來(lái)表示轉矩與轉矩所產(chǎn)生的電流的關(guān)系：



參數的辨識與第二部分中討論的kt辨識類(lèi)似。不同處在于現在需要在n個(gè)運行點(diǎn)上重復測量轉矩產(chǎn)生的電流iq，從電流額定值的一半到最大電流之間對n個(gè)點(diǎn)進(jìn)行采樣測量。勵磁電流id為零，同時(shí)也用到之前確定的磁阻轉矩常數。

如公式（3）中所示，參數是通過(guò)最小二乘法估算得到的。



圖6顯示了在使用kt（iq）多項式離線(xiàn)自適應控制系統后的轉矩精度。3倍過(guò)載的情況下轉矩精度偏離額定轉矩的誤差也未超過(guò)±3%。


圖6 離線(xiàn)自適應控制下的轉矩精度

不幸的是，在發(fā)生溫度變化時(shí)這一策略同樣也會(huì )失效。所以在所需溫度運行點(diǎn)上進(jìn)行電機參數辨識，并且控制溫度在一個(gè)最小范圍內變化顯得格外重要。除了溫度方面的缺陷，一個(gè)變化的磁阻轉矩常數同樣也會(huì )使得這一策略在去磁效應范圍內失效。

kt在線(xiàn)自適應控制系統

如果電機電樞溫度有明顯變化或者在公式（2）中所述的磁阻轉矩常數kt,rel方法在弱磁范圍內不能用，那么就需要使用在線(xiàn)自適應方法。


圖7 永磁同步電機相量圖
這種在線(xiàn)自適應方法是基于從電壓相量和電流相量對電動(dòng)勢相量，磁場(chǎng)強度相量的推導。如圖7和公式（4）所示。該方法對任何參考系下的定子或轉子都適用。


電動(dòng)勢相量與積分算子（jωel）－1（需要已知電轉速ωel電轉速是機械轉速與極對數的乘積）相乘可得場(chǎng)強相量。更進(jìn)一步，用場(chǎng)強相量的絕對值乘以1.5（這一因數依賴(lài)定子電流3/2轉換的情況）以及極對數zp得到實(shí)際的轉矩常數kt。



但可惜的是，在靜態(tài)情況下，由于電機端電壓是作為輸入量的，這套在線(xiàn)自適應策略不適用。只有在速度高于額定轉速的10% 時(shí)在線(xiàn)自適應策略才適用。圖8顯示了在線(xiàn)自適應策略對于轉矩精度的控制情況。從圖中可知，在轉速為零時(shí)，自適應策略是無(wú)效的。


圖8 在線(xiàn)自適應控制下的轉矩精度

從圖8中可以看出，在3倍過(guò)載范圍內，轉矩偏差不會(huì )超過(guò)額定轉矩的4%。輕微的過(guò)補償是源于所獲得的電壓不準確，所以精確地知道實(shí)際電壓是實(shí)現在線(xiàn)自適應轉矩精度控制的關(guān)鍵。

換流電壓誤差補償

由于性?xún)r(jià)比的緣故，很多逆變器沒(méi)有配置相電壓傳感器。實(shí)際相電壓是由晶體管在一個(gè)控制周期tcycle間點(diǎn)所決定的。為避免在直流耦合處發(fā)生短路，需要設置一個(gè)大于實(shí)際晶體管關(guān)斷時(shí)間toff的互鎖時(shí)間tl，由此來(lái)保證在單相電路中同一時(shí)刻僅有一個(gè)晶體管關(guān)斷。但是這將導致線(xiàn)路中出現兩管同時(shí)不導通的時(shí)間段，如圖9所示，左邊topen＝tl－toff，右邊topen＝ton。


圖9 晶體管的開(kāi)關(guān)時(shí)間圖

在兩管都處于關(guān)斷的狀態(tài)下，實(shí)際相電壓由相電流決定。在具備足夠大的電感情況下，可以認為相電流在topen時(shí)間內是一個(gè)定值。電纜的特性用晶體管與電容c并聯(lián)來(lái)模擬，如圖10所示。


圖10 單相晶體管電路

當上側晶體管（圖9左側）關(guān)斷后，上側電容開(kāi)始充電而下側電容開(kāi)始放電。如果相電流iphase很小，上側電容的電壓直到下側晶體管已經(jīng)導通才充至直流耦合電壓udc。如圖11左側所示。


圖11 ?。ㄗ螅┐螅ㄓ遥┫嚯娏飨碌纳蟼入娙莩潆娗闆r