1、 精密制造与自动化 2016年第2期 16 t k K+1 K+2通过（k-t）时刻的值预测k时刻的系统状态，在通过k时刻的值预测（k+1）时刻的系统状态，并且计算激励电压施加k时刻计算出的电压测量得到（k-t）时刻系统状态转矩达到参考值基于无差拍直接转矩控制永磁同步电机的研究 朱清智 袁 铸（河南工业职业技术学院 河南南阳 473000）摘 要 针对永磁同步电机传统直接转矩控制方法中存在的转矩脉动大、开关频率不恒定等问题，设计一种改进的基于电流预测的无差拍直接转矩控制算法。通过仿真验证了该方法的正确性和可行性，具有比传统控制系统更优越的特点。关键词 无差拍 永磁同步电机 直接转矩控制 电流预
2、测器 在传统的直接转矩控制系统中，电机的状态是通过磁链观测器和转矩观测器测得，而施加在电机上的电压是通过开关表选择出来的。但是，这种控制策略会出现转矩脉动大等问题，本文引入无差拍直接转矩控制策略，提高系统的动静态性能。1 1 无差拍直接转矩控制理论无差拍直接转矩控制理论 无差拍控制（Deadbeat Control），它也被称为最少拍控制，属于数字控制范畴。无差拍是一种时间的最优控制方案，因为在数字控制过程中，一个采样周期代表一拍，无差拍就是让系统的调节时间减小到最短。以无差拍控制器计算下一周期的电流预测值的控制策略，使得定子磁链幅值和电磁转矩的估算值更加精确。其中，电磁转矩与定子磁链幅值控制
3、环节不需要 PI 调节器，这样不仅简化了结构，还使其具有恒定的开关频率。此定子电流观测器的核心控制思想认为，在这一周期通过无差拍控制器得出下一周期的定子电流的预测值，然后用电流预测值来观测电机运行状态，并在这一周期由无差拍控制器计算出下一周期应施加在定子端的电压矢量，等到下一控制周期开始时，施加在定子端，从而消除控制系统时间周期上的误差，以满足实时、高精度的控制。2 2 无差拍控制器无差拍控制器 2.1 2.1 无差拍控制流程图无差拍控制流程图 无差拍控制器的设计是由一个重要的假设而来，即电机的转矩能在一个周期内达到参考值，图 1 所示是无差拍控制的流程图，如图 1 所示。假设当前时刻是 k
4、时刻，电机的状态在（k-t）时刻被测得，然后控制器将会基于电机（k-t）时刻的状态预测电机在 k 时刻的状态，得到 k 时刻的状态以后，再通过 k 时刻的状态预测（k+t）时刻的状态，得到预测值以后计算应该施加的电压，等到（k+t）时刻时，将电压施加到电机上。这样的话，电机在还没有运行到（k+t）时刻时，就已经得到了（k+t）时刻的状态并且准备好了控制策略，等到（k+t）时刻直接把控制策略加上去，控制是实时的，没有延后，所以叫无差拍控制。图 1 无差拍直接转矩流程图 2.22.2 无差拍控制器的设计无差拍控制器的设计 电机的状态方程离散形式如式（1）所示。Vdqs分别表示 d 轴和 q 轴的电
5、压分量；Rs表示定子电阻；idqs分别表示定子电流在 d 轴和 q 轴的分量；dqs分别代表 d 轴和 q 轴的磁链大小；pm代表转子上的永磁体的磁链的大小；r是电磁转速，以 rad/s 为单位。dqsr(k+1)=dqsr(k)+dqsr(k)Ts-(RsLs+jr)dqsr(k)Ts+RsLspmTs （1）朱清智 等 基于无差拍直接转矩控制永磁同步电机的研究 17 电机的转矩方程的微分形式如式（2），在此方程中，p 是极数。Tem=34ppsriqsr+dsriqsr-qsridsr-qsridsr （2）将式（1）代入到式（2）中，并离散化得式（3）：Tem(k+1)-Tem(k)Ts
6、=34pvqsr(k)qsr(k)(Ld-LqLdLq)+Vqsr(k)(Ld-Lq)dsr(k)+pmLqLdLq+r(k)LdLq(Ld-Lq)(dsr(k)2-qsr(k)2-Lqdsrpm)+Rsqsr(k)Ld2Lq2(Lq2-Ld2)qsr(k)-Lq2pm)（3）另外，基于无差拍直接转矩控制的重要假设，即转矩能在一个周期内达到参考值，式（4）可以被推导出：Tem=Tem(k+1)-Tem(k)（4）将式（4）代入到式（3）中，则Tem，vqsr和vdsr的关系可以用式（5）来表示：vqsr(k)Ts=Mvqsr(k)Ts+B （5）磁链的方程如式（6）：dqsr(k+1)=dqsr(k)+vdqsr(k)Ts （6）基于无差拍直接转矩控制的重要假设，转矩参考可以写成如下形式：s(k)2=dsr(k+1)2+qsr(k+1)2 （7）然后，将式（6）代入到式（7）中，得下式：s(k)2=(dsr(k)+vdsr(k)Ts)2+(qsr(k)+vqsr(k)Ts)2 （8）式（5）和式（8）可以组成方程组，如下所示:vqsr(k)Ts=Mvqsr(k)Ts+Bs(k)2=(d
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