永磁同步電機直接轉矩控制技術研究.pdf

1、永磁同步電機直接轉矩控制有著優(yōu)異的動態(tài)性能，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和航空航天中均有應用。論文以舵機負載模擬系統(tǒng)和高頻響彈載電動舵機伺服系統(tǒng)為主要研究背景，以保證永磁同步電機的優(yōu)異轉矩動態(tài)性能為前提，以提高永磁同步電機的伺服性能為目標，研究了永磁同步電機直接轉矩控制中的相關問題，論文的主要研究工作和貢獻如下：
　　1.直接轉矩控制在永磁同步電機中的應用，目前還沒有如同矢量控制那般廣泛，控制策略一般采用定子磁鏈幅值恒定的方法，也有部分文獻提出采

2、用最大轉矩電流比的控制策略。本文考慮到彈載系統(tǒng)中對重量和體積的苛刻要求，提出了一種永磁同步電機直接轉矩控制下單位功率因數(shù)運行的方法，該方法可以降低電機對逆變器容量的需求，進一步降低了逆變器的重量和體積。同時，考慮到直接轉矩控制本身沒有電流環(huán)，無法像矢量控制那樣直接對電流進行限制，給出了限制定子電流的詳細計算方法。仿真結果表明該方法在使永磁同步電機直接轉矩控制系統(tǒng)單位功率因數(shù)運行的同時，沒有損失直接轉矩控制自身的轉矩快速性。
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3、.由于齒槽轉矩、紋波轉矩、電流的偏置與放大誤差等導致永磁同步電機直接轉矩控制系統(tǒng)中存在周期性轉速脈動，這嚴重影響了高頻響彈載電動舵機伺服系統(tǒng)的速度伺服性能。針對這一問題，提出在傳統(tǒng) PI速度控制器中增加迭代學習控制的方法，通過迭代學習控制在線補償轉矩給定來抑制周期性轉速脈動，并證明了該方法的收斂性。本方法是對傳統(tǒng)直接轉矩控制改進的有益嘗試，目的是為了在保留直接轉矩優(yōu)異動態(tài)性能的基礎上，抑制周期性的轉速脈動，拓展直接轉矩控制技術在永磁同步

4、電機高性能速度或位置伺服中的應用能力。
　　3.以舵機負載模擬系統(tǒng)為研究背景，針對加載電機在高轉速高負載情況下容易失步的問題，分析了傳統(tǒng)直接轉矩控制無法避免電機失步的原因，提出了一種有限控制集合模型預測直接轉矩控制的方法來解決失步問題。本文提出了一種永磁同步電機狀態(tài)空間預測模型精確離散化的方法，提高了預測精度，且模型計算量小，可以在線計算；針對預測過程中的延時問題進行了補償；通過在評價函數(shù)中增加負載角限制函數(shù)解決了失步問題。本文對

5、該方法進行了仿真研究，并搭建了實驗系統(tǒng)，驗證了該方法的可行性和有效性。該方法有效地解決了永磁同步電機的失步問題，并且在該方法下永磁同步電機的動態(tài)響應和穩(wěn)態(tài)精度均優(yōu)于傳統(tǒng)的直接轉矩控制，該方法的提出將為拓展直接轉矩控制在永磁同步電機中的應用提供有力支撐。
　　4.針對電流測量過程中的偏置誤差和比例誤差所帶來的周期性轉矩脈動，提出了一種在有限控制集合模型預測直接轉矩控制上增加迭代學習補償?shù)姆椒?br>　　來抑制轉矩的脈動。本文分析了連

6、續(xù)控制集合模型預測直接轉矩控制的設計過程，并利用矢量量化算子將連續(xù)控制集合優(yōu)化問題轉為有限控制集合優(yōu)化問題。然后，利用迭代學習控制對電流測量誤差進行在線補償，并證明了方法的收斂性。該方法中，模型預測控制側重給定軌跡的跟蹤，而迭代學習控制側重對周期性干擾的抑制，本文進行了仿真研究，驗證了方法的有效性。采用該方法，系統(tǒng)可以保留直接轉矩控制的優(yōu)異動態(tài)性能，且在抑制轉矩脈動后，轉矩的穩(wěn)態(tài)精度也有所提高。無論是針對舵機負載模擬系統(tǒng)類似的力矩伺服，