1 前言
隨著現(xiàn)代電力電子、微電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展，交流調(diào)速性能日益完善，足以和直流調(diào)速媲美，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通、國防和日常生活。高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)中主要有矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制兩種。直接轉(zhuǎn)矩控制是由德國的Depenbrock教授于1985年提出的。近年來，結(jié)合智能控制理論與直接轉(zhuǎn)矩控制理論，提出諸多基于模糊控制和人工工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，進(jìn)一步提高其控制性能。目前它已成為各種交流調(diào)速方法中研究最多、應(yīng)用前景最廣的交流調(diào)速方法之一。
2 直接轉(zhuǎn)矩控制基本原理
直接轉(zhuǎn)矩控制原理是利用測得的電流和電壓矢量辨識定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩，并與磁鏈和轉(zhuǎn)矩給定值相比較，將其差值輸入兩個滯環(huán)比較器，然后根據(jù)滯環(huán)比較器的輸出和磁鏈位置從開關(guān)表中選擇合適的電壓矢量，進(jìn)而控制轉(zhuǎn)矩。其原理框圖如圖1所示。
交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式如下：
式中：δ為定、轉(zhuǎn)子磁鏈夾角，np為極對數(shù)。
轉(zhuǎn)子磁鏈和定子磁鏈之間存在一個滯后慣性環(huán)節(jié)，當(dāng)定子磁鏈改變時，認(rèn)為轉(zhuǎn)子磁鏈不變。因此，從式(1)知道，如果保持定子磁鏈的幅值恒定，通過選擇電壓矢量，使定子磁鏈走走停停，改變定子磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度，從而改變定、轉(zhuǎn)子磁鏈夾角，就能夠?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的控制。從這里看，直接轉(zhuǎn)矩控制的關(guān)鍵在于如何保持定子磁鏈恒定和改變磁鏈夾角。直接轉(zhuǎn)矩控制自提出以來，各國學(xué)者對其進(jìn)行不斷改進(jìn)，完善性能。這些方案雖然方法不同、原理各異，但都是期望選取適當(dāng)電壓矢量來保證磁鏈的圓形軌跡，從而減小脈動。
3 直接轉(zhuǎn)矩控制改進(jìn)方案
3.1 改進(jìn)磁鏈辨識方法
直接測量定子磁鏈很麻煩而且成本很高，通常采用一些容易得到的變量(如U、I)來進(jìn)行估算。常用的模型有U-I，模型、I-n模型和混合U-n模型。U-I模型表達(dá)式如下：
它簡單易實(shí)現(xiàn)，常用在高速場合，但采用純積分器，因此存在累計(jì)積分誤差、漂移和飽和等問題，文獻(xiàn)[2]給出一種低通濾波器取代純積分器，并對其進(jìn)行補(bǔ)償，取得較好效果。低速時，直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中磁鏈、轉(zhuǎn)矩脈動較大。此時，定子電阻壓降所占比例增大，不能忽略，經(jīng)U-I，模型會產(chǎn)生誤差，從而導(dǎo)致磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動。采用精確辨識定子電阻來補(bǔ)償其壓降。當(dāng)定子電阻壓降得到合適的補(bǔ)償，就能有效建立定子磁鏈，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。其他還有一些智能技術(shù)，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊技術(shù)也用于辨識定子電阻，具有良好效果。磁鏈辨識不精確，產(chǎn)生磁鏈轉(zhuǎn)矩誤差，從而選擇錯誤的電壓矢量，最終導(dǎo)致磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動。有時未采用識別定子電阻，而是直接對磁鏈進(jìn)行補(bǔ)償以減小誤差，這樣就能從DTC開關(guān)表選擇正確的電壓矢量來減小轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的誤差，并逐漸減小速度誤差到零。這兩種方法可謂殊途同歸。
