异步电机模型预测直接转矩控制方法_阮智勇.pdf

第33卷第4期电工电能新技术Vol．33，No．42014年4月AdvancedTecHnologyofElectricalEngineeringandEnergyApr．2014异步电机模型预测直接转矩控制方法阮智勇，宋文祥，朱洪志(上海大学机电工程与自动化学院，上海200072)摘要:针对传统直接转矩控制存在转矩和定子磁链脉动大的问题，给出一种新颖的模型预测直接转矩控制方法。在逆变器驱动异步电机模型基础上建立了离散时间内部预测模型，以转矩和磁链偏差平方和作为价值函数，并根据该价值函数对每个开关矢量作用时的偏差平方和进行在线评估，选择使价值函数最小的电压矢量，也就是最优电压矢量作用于逆变器。仿真结果表明，本文所给出的模型预测直接转矩控制方法相比于传统的直接转矩控制，能够有效降低转矩和磁链脉动，减小电流谐波畸变，同时继承了传统直接转矩的快速响应特性。关键词:异步电机;直接转矩控制;转矩脉动;模型预测控制中图分类号:TM343文献标识码:A文章编号:1003-3076(2014)04-0016-05无差拍控制，系统鲁棒性不尽人意［7］。1引言近年来，模型预测控制(MPC)作为一种新型的直接转矩控制(DTC)自20世纪80年代提出以预测控制策略在电力电子领域受到广泛关注。MPC来，得到了逐步完善和发展，并与矢量控制一道成为是一种非线性预测控制策略，处理非线性约束的适当前最具代表性的高性能控制策略［1］。现有文献应能力强，它利用给定的价值函数作为优化准则，使［］关于异步电机DTC的研究报道主要包括两个方面:得控制极具灵活性8。文献［9］针对逆变器带阻感一是针对DTC定子磁链估计提出改进的磁链观测负载的电流控制，结合逆变器有限个开关矢量形成方案［2-4］，其研究已相对成熟。另一方面则主要集一种有限控制集MPC方法，取得了较为理想的控制中在如何有效利用开关矢量以减小转矩和磁链脉效果。文献［10］基于该有限控制集MPC思想，给动。文献［3］利用离散空间电压矢量调制增加可选出一种模型预测转矩控制方法，通过预测下一采样择的电压矢量数量，但这种细化开关表的方法显得周期的磁链和转矩，以磁链和转矩的相对偏差之和比较繁琐。文献［4，5］给出基于空间矢量调制的直作为价值函数，依据在线优化策略求解最优的电压接转矩控制，该方法借鉴矢量控制通过空间矢量调矢量;该方法能够获得快速的转矩响应，但定子磁链制合成任意的电压矢量，同时失去了原有DTC结构和电流存在较大的毛刺，电流THD也相对较大。的优势。本文利用有限控制集MPC思想，进一步以转矩此外，预测控制也在近年被用来改善DTC的转和磁链偏差平方和作为价值函数，给出一种新颖的矩性能［6］。事实上，传统DTC也被广泛解释为一种模型预测直接转矩控制(MPDTC)方法，能够优先惩预测控制策略，但缺乏明确的预测模型和优化准则，罚其中较大的偏差，避免定子磁链和电流较大毛刺只能粗略地预测下一步开关动作。文献［6］给出一的出现，减小电流谐波畸变，同时有效降低转矩脉种转矩预测控制方法，通过近似线性化得到转矩和动。本文首先建立了逆变器驱动异步电机模型，阐磁链预测方程，从而计算出能精确补偿当前偏差的述传统DTC基本原理。然后依据推导的内部预测合成电压矢量。但这种线性化预测控制效果类似于模型，通过价值函数最优策略实时求取最优电压矢收稿日期:2012-12-10基金项目:国家自然科学基金资助项目(51377102)、台达环境与教育基金会《电力电子科教发展计划》资助项目(DＲEG2013009)作者简介:阮智勇(1988-)，男，湖北籍，硕士研究生，研究方向为电机与变换器控制;宋文祥(1973-)，男，江苏籍，副教授，博士后，研究方向为新型电力电子变换，电机驱动控制及应用。第4期阮智勇，等:异步电机模型预测直接转矩控制方法17量，从而确立了基于有限控制集思想的式中，［］T，［］T，MPCMP-ψs=ψsαψsβψr=ψrαψrβus=DTC方法。最后通过仿真对该MPDTC与传统DTC［］T，分别为定转子磁链和定子电压;usαusβ、A11的性能作了对比评估。;;;;=－a11IA12=a12IA21=a21IA22=－a22I+ωrJＲ逆变器驱动异步电机模型10;0－1;00;s;2I=[]J=[]O=[]a11=011000σLs三相电压源型逆变器驱动异步电机可等效如图ＲLＲLＲsm;rm;r;漏感系数所示，异步电机三相负载对称，采用型无中线联a12=a21=a22=σ=1YσLsLrσLsLrσLr接，逆变器输入直流母线电压为2Vdc。Lm;分别为定转子电阻;分别为设()为三相逆变桥的三个开关，功1－Ｒs、Ｒr、Ls、Lr、LmSxx=a、b、cLsLr率器件为理想开关，逆变器上下桥臂不同时导通定转子电感和互感;为转子角速度、。、ωr