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双转子永磁同步电机直接转矩控制系统设计
双转子永磁同步电机直接转矩控制系统设计
双转子永磁同步电机概述
双转子永磁同步电机是指同时具有两个转子的永磁同步电机，一般地，两个转子采用不同的结构，一个为外转子，一个为内转子，具有相对旋转的特性。双转子永磁同步电机的结构紧凑，能够实现高扭矩和高功率密度，特别适用于电动车和混合动力车的驱动电机。但为了满足要求，需要设计合适的控制系统。
直接转矩控制的原理和优势
双转子永磁同步电机的控制系统通常采用直接转矩控制方法，该方法是通过控制电流大小和相位来达到控制电机转矩的目的。与传统的电流控制方法相比，直接转矩控制方法更为精确和快速，能够提高电机的响应速度和动态性能，有效提升电机的效率和功率密度，同时还能够避免过电流、过载等问题。
直接转矩控制系统设计
1.双转子永磁同步电机模型
在设计控制系统之前，需要先建立电机的数学模型。双转子永磁同步电机可以用以下方程式描述：
ua=Rsaisa+Lsadia/dt+ωsLsasiq
ub=Rsbisb+Lsbdib/dt+ωsLsbisq
uc=Rscisc+Lscdic/dt+ωsLscisq
uq=Rrqr+Lqrdir/dt−ωrLrdrq/dt+ωsLlqdψqr/dt
ur=Rrdr+Ldrqdiq/dt−ωsLlrdψdr/dt
where
ωs=2πfs
其中，ua、ub、uc是电机三相电压，uq和ur是电机两个转子的电压，fs是电网频率，Rsa、Rsb、Rsc是电机各相电阻，Lsa、Lsb、Lsc是电机各相电感，Ls和Lr分别是定子和转子的永磁同步电机的轴向磁导，lq和lr是定子和转子磁通沿d轴的投影，元件电流标记为isa、isb、isc、irq和ird、isd。其中，Lls和Llr是定子和转子的饱和电感，可以根据这些电路参数建立电机模型。
2.直接转矩控制系统设计
控制系统的设计中，需要考虑电流环和转矩环控制，在此，我们采用PI控制器来对电流进行控制，另外使用模型参考自适应控制器来实现转矩控制。
(1)电流环控制设计
电流环的目的是实现电机电流的精确控制，以保证电机的稳定运行和良好的性能。采用PI控制器来实现电流环控制，在此将电流误差信号作为控制器的输入，计算电压控制信号并输出至电机。
(2)转矩环控制设计
转矩环控制是双转子永磁同步电机控制系统中的关键环节，转矩控制精度高，对于改善电机的动态性能和提高效率非常重要。在此使用模型参考自适应控制器来实现转矩控制。基本思路是使用电机模型中的转子电流来预测电机转子转矩，然后将转矩误差作为控制器的输入，根据误差设计PI控制器。
(3)矢量控制
为了实现高精度的控制，需要采用矢量控制技术对电机进行控制，该方法基于磁电耦合关系和间接磁通定向控制，可以完全消除非线性特性，大大提高控制精度和稳定性。
结论
本文针对双转子永磁同步电机直接转矩控制系统进行了详细的设计，包括电机模型建立，电流环控制和转矩环控制等方面的内容。通过模型参考自适应控制器，能够实现更为精确的控制，提高电机的开关频率和转矩控制精度。该控制系统具有典型性，特别适用于电动汽车和混合动力汽车的驱动电机。