基于DSP永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)研究

　　由于PMSM具有功率密度高、效率和功率因數(shù)高的特點(diǎn)，在工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。DTC摒棄了矢量控制中解耦的控制思想，去掉了PWM控制和電流反饋環(huán)節(jié)，采用特定的定子磁鏈定向和空間矢量概念，通過檢測定子電壓、電流，直接在定子坐標(biāo)系下觀測電機(jī)磁鏈、轉(zhuǎn)矩，并將此觀測值與給定磁鏈、轉(zhuǎn)矩相比較，差值經(jīng)滯環(huán)控制器調(diào)節(jié)得到相應(yīng)控制信號(hào)，再綜合當(dāng)前磁鏈狀態(tài)來選擇相應(yīng)電壓空間矢量，直接控制電機(jī)定子磁鏈及轉(zhuǎn)矩，以獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)及優(yōu)良的控制性能。針對永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制策略，闡明其理論基礎(chǔ)，運(yùn)用現(xiàn)有的異步電機(jī)DTC研究成果，從理論及空間電壓矢量選擇表。
　　表1逆時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)逆變器開關(guān)表磁鏈7轉(zhuǎn)矩T磁鏈?zhǔn)噶克巺^(qū)域~VI表示當(dāng)前磁鏈所在區(qū)域（），U表示所選擇的電壓矢量，這就是PMSMDTC的控制規(guī)律。
　　在實(shí)際的數(shù)字控制系統(tǒng)中，磁鏈會(huì)經(jīng)常處在分區(qū)邊界處的一個(gè)小扇區(qū)內(nèi)，造成電壓矢量選擇的不確定性。為此在分區(qū)邊界上選擇與分區(qū)邊界垂直的電壓矢量，得到表2所示修正表。
　　表2原始開關(guān)修正表磁鏈轉(zhuǎn)矩T定子磁鏈所處邊界廣或1如果定子磁鏈幅值變化量在區(qū)域邊界上為0. 5%時(shí)，輸出電磁轉(zhuǎn)矩變化量可達(dá)到10%，如果不采用表2對原始開關(guān)表1進(jìn)行修正，電機(jī)往往不能正常起動(dòng)。
　　輸入信號(hào)處理為實(shí)現(xiàn)定子磁鏈及轉(zhuǎn)矩的觀測，檢測電機(jī)電壓電流。對PMSMDTC而言，為起動(dòng)電機(jī)需知轉(zhuǎn)子磁極的準(zhǔn)確位置以確定定子磁鏈初始矢量，同時(shí)還需要用光電編碼信號(hào)計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制。為此設(shè)置了電壓、電流、光電編碼等輸入信號(hào)的處理電路。
　　系統(tǒng)保護(hù)電路由于PMSMDTC系統(tǒng)無電流環(huán)，借助于離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)（Ban-Bang控制）直接對逆變器開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，有可能發(fā)生電流沖擊，為此必須完善系統(tǒng)的過流保護(hù)。
　　過流保護(hù)措施分三層實(shí)施，依次是軟件、硬件和IPM自身保護(hù)，其電流保護(hù)值依次增加。硬件過流測與鎖存電路如所示。
　　保護(hù)系統(tǒng)共有三路故障信號(hào)源，分別是三相電機(jī)過流、直流母線過流和IPM故障信號(hào)。3個(gè)故障信號(hào)經(jīng)處理獲得一個(gè)總的報(bào)警信號(hào)，分別輸入到DSP和硬件保護(hù)電路。為確保保護(hù)功能得以實(shí)現(xiàn)，區(qū)邊界修正后，獲得了良好的起動(dòng)能力和起動(dòng)特性。
　　電機(jī)空載起動(dòng)的轉(zhuǎn)速（上）、轉(zhuǎn)矩（下）波形示出2000r/min下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E，具有圓形特征。為電機(jī)給定轉(zhuǎn)速000r/min之間切換的情況下得到的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)波形。0是轉(zhuǎn)矩在-5Nm和5N*m之間，切換速度開環(huán)情況下得到的轉(zhuǎn)矩波形。
　　可以看出，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩從-5Nm到5Nm的變化時(shí)間僅為1ms，體現(xiàn)了采用PMSMDTC策略后能獲得快速的轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)效果。
　　6結(jié)論分析了PMSMDTC與異步電機(jī)DTC之間的差異，針對定子磁鏈分區(qū)邊界上電壓矢量選擇方面存在的誤差，對PMSMDTC開關(guān)表作了補(bǔ)充優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上提出了一整套控制方案和實(shí)現(xiàn)技術(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提出的PMSMDTC方案實(shí)際可行，具有良好的轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。