基于滑??刂频腡SMC-PMSM調速系統(tǒng)
摘要:設計了一種基于雙級矩陣變換器(TSMC)驅動的永磁同步電機(PMSM)滑模變結構直接轉矩控制方案。該方案針對一般直接轉矩控制(DTC)轉矩和磁鏈脈動大的不足,又解決了一般永磁同步電機;矩陣變換器;直接轉矩控制
1 引言
矩陣變換器作為一種理想“全硅”型變換器,具有無直流儲能環(huán)節(jié),輸入功率因數(shù)可調,輸出電壓大小、相位和頻率可調等優(yōu)點。TSMC在保留上述優(yōu)點的同時,還具有換流方法簡單,逆變級可采用成熟的SVM算法等特點,故可方便地應用于高性能伺服控制系統(tǒng)中。
PMSM具有結構簡單,效率高,功率密度高等優(yōu)點,應用場合廣泛。DTC作為高性能控制策略被廣泛應用在PMSM控制中。但傳統(tǒng)DTC存在電流、磁鏈和轉矩脈動大,低速運行難以精確控制等不足。針對上述問題,國內(nèi)外學者作了許多關于DTC改進的研究。
為了既能實現(xiàn)PMSM較好的傳動性能,又能滿足日益嚴格的電網(wǎng)電能質量要求,這里將TSMC和DTC各自優(yōu)點相結合,設計開發(fā)了一套基于TS MC的PMSM DTC系統(tǒng)。采用一種變指數(shù)趨近率滑??刂破骱蚐VM矢量控制方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)滯環(huán)控制器和開關表?;?刂破髌仁勾沛満娃D矩進入設定的滑模面,大大減小了脈動,SVM控制器產(chǎn)生TSMC逆變端調制信號。
2 永磁同步電機數(shù)學模型
在PMSM建模與分析、設計過程中常做以下假設:轉子永磁磁場在氣隙空間分布為正弦波,定子電樞繞組中的感應電動勢也為正弦波,忽略定子鐵心飽和,認為磁路為線性,電感參數(shù)不變;不計鐵心渦流與磁滯損耗;轉子上無阻尼繞組。
基于上述假設,建立d,q坐標系下的PMSM數(shù)學模型,其電壓方程為:
式中:ud,uq,id,iq,Ld,Lq為d,g軸電壓、電流、電感;Rs為定子電阻;ωe為轉子電角速度;p為微分算子;ψf為永磁體磁鏈。
磁鏈和電磁轉矩方程為:
式中:np為電機的極對數(shù)。
3 變指數(shù)滑??刂破鞯脑O計
3.1 變指數(shù)滑模趨近率
為克服指數(shù)趨近率切換帶為帶狀,系統(tǒng)最終不能趨近于原點的缺點,對其做出進一步改進,得出一種新的變指數(shù)趨近率:
變指數(shù)趨近率讓系統(tǒng)狀態(tài)量開始時以變速和指數(shù)兩種速率趨向滑模面,當接近滑模面時,指數(shù)項接近零,-ε|X|S變速項起關鍵作用。當選取的狀態(tài)量X在系統(tǒng)穩(wěn)定過程中無限趨近于零時,滑模控制律的作用讓X進入滑模面并向原點運動,此過程又讓控制律中的控制項-ε|X|S不斷減小,最終穩(wěn)定于原點。為進一步消弱到達原點前狀態(tài)變量運動軌跡的抖振,符號函數(shù)采用平滑處理為:
sgn(S)=S/(|S|+σ) (5)
式中:σ為一個數(shù)值較小的正常數(shù)。
3.2 滑??刂破髟O計
選擇如下積分滑模面:
式中:eT為轉矩估算值與給定值的誤差,eT=T*-T;eψ為磁鏈估算值與給定值的誤差,eψ=ψ*-ψ;ST為轉矩滑模面;Sψ為磁鏈滑模面。
PMSM的變指數(shù)趨近率為:
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