交流永磁同步电机的直接转矩模糊控制系统

1、基于交流永磁同步电机的直接转矩模糊控制系统摘要：结合交流永磁同步电机（pmsm的数学模型和经典直接转 矩控制理论，采用空间矢量控制方法，以定子磁链角增量为控制目 标，将模糊控制器作为转速与转矩调节器和定子磁链优化控制器。 运用matlab/simulink软件对该控制系统建模和仿真。结果表明： 与经典dtc控制系统相比，该控制方式能够减小转矩脉动，降低系 统损耗，从而提高了效率。关键词：永磁同步电机；直接转矩；模糊控制；磁链优化abstract:combination of mathematical model of permanent magnet synchronousmotor (pms

2、m) and the classic direct torque control theory, it adoptedthe control method of the space vector control to target stator flux angleincrement for the control objectives,and the fuzzy controller would be asa regulator for speed and torque and the stator magnetic chainoptimization controller. the con

3、trol system can be modeled andsimulated using matlab / simulink software. the simulation resultsshowed that:compared with the classical dtc control system, this controlmethed can reduce the torque ripple, reduce system losses andimprove efficiency.key words: permanent magnet synchronous motor; direc

4、t torquecontrol; fuzzy controller; optimization flux中图分类号：tp273.4文献标识码：a文章编号：0引言直接转矩控制的基本思想是在准确观测定子磁链的空间位置和 大小并保持其幅值基本恒定以及准确计算负载转矩条件下，通过控 制电动机瞬时输入电压来控制电机定子磁链的瞬时旋转速度，来改 变它对转子的瞬时转差率，达到直接控制电机输出的目的。而转矩 脉动一直为直接转矩控制中的障碍，因此本文主要针对如何减小转 矩脉动而提出一种有效的解决方案。在本文中，采用模糊控制器形成速度闭环和转矩闭环，同时采用 模糊控制器对定子磁链幅值进行控制以降低系统功耗，采用控

5、制定 子磁链角增量为控制方法的永磁同步电机（pmsm直接转矩控制系 统的性能特点，设计了以模糊控制器作为转速和转矩调节器、定子 磁链优化控制器的系统图。Ipmsni!勺数学模型经典dtc的转矩角增量d0和磁链增量ds变化幅度大且不可精 确控制，造成转矩脉动大。因此，使转矩角增量d0和磁链增量ds可控可预知就成为研究的重点。 在a-B和d-q坐标系下，运用 坐标轴数学模型分析pmsm系统的磁链关系如图1所示。图1a-B与d-q坐标系磁链关系由此，可得转子参考坐标系下的电压方程为：磁链方程：机械运动方程：o其中，各量为瞬态值。可见，改变td即可得到不同的加速度d3r，只要控制了转矩，也就控制了转速

6、。电磁转矩可表达为tem=pn(diq-书qid)二np书rxiq-(lq-ld)idxiq。(1)系统为隐极电机，有ld=lq，故tem=pnrxiq,则tem=pnsx(sxsin 20 q-sxsin 20/2ld+rxsin0/ld), (2)进而tem=pnx sx rxsin0/ld。令km=pn/ld，并对式(2)求导得：dtd=kmx rxsin0 xds+kmx sxcos0 xd0。(3)由式(3)可知，永磁同步转矩调节有两种途径：一是控制转矩角增量d0; 一是控制定子磁链幅值增量ds。因此，转矩的变化 既与定子磁链幅值变化有关，又与转矩角增量d0和转矩角0有关。2模糊控制

7、系统 考虑转矩脉动小、无速度传感器、系统降耗和恒定开关频率等因 素，设计模糊控制系统如图2所示。其中，flc1、flc2和flc3分 别为定子磁链、转速和转矩模糊控制器。svpwm1为空间电压矢量 计算模块，3/2变换即为clark变换3。图2pmsn直接转矩控制系统3模糊控制器的设计3.1定子磁链幅值额度负载时，额定定子磁链幅值可充分利用电机铁芯，保证电机 最佳的瞬态响应。轻度负载时，额定磁链幅值会过度损耗铁芯。尽 管pmsn转子为永磁体，电机旋转损耗很小，但定子绕组同样具有 铜损、铁损等。控制的最终目的是维持电机转速恒定，使得直流母 线功率输出最小。由w=f(s,3r, td)5可知，调整

8、定子磁链幅 值s,就可以降低损耗，提高能源利用率。调整 s造成的转矩差 由定子磁链角增量d0s补偿，由于转矩是内环，响应速度快，故 不会引起速度波动。3.2磁链优化模糊控制器选择模糊控制器6-7进行定子磁链最优搜索。如果直流母线功 率在减小,就维持定子磁链幅值调整方式,反之,就改变定子磁链 幅值调整方式。控制原理如图3所示。图3磁链优化模糊控制控制器的设计涉及四个量：该时刻功率和定子磁链幅值、前一时 刻功率和定子磁链幅值。模糊变量的论域为单位论域-1, 1,根 据电机直流母线功率变化,选取定子磁链幅值和功率的差值量化因 子为10,变量3pu和3su(k)选用5个不对称的三角形隶属函数描述，Ss

9、u(k-1)只需知道变化方向即可。故定义两个隶属函数,如图4所示。图4磁链优化模糊控制隶属函数令pb,ps,z,ns,nb分别表示正大，正小，零，负小，负大, n,p分别表示负，正，得磁链优化模糊控制规则如 表1所示。可见，该控制器共有10条控制规则。当Ssu(k-1)二n、Spu=pb时，功率增量为正大，磁链幅值增量为负，此时输出磁链 幅值增量为正大，表明搜索力度加大。当Ssu(k-1)=n、Spu=z时,功率增量为零,磁链幅值增量为负,此时输出磁链幅值增量为 零,即应保持目前磁链幅值。表1磁链优化模糊控制规则SpuS su(k-1)n ppb pb nbps ps nsz z zns ns psnb