3.2.2 控制策略仿真研究

1.控制系統(tǒng)仿真建模

為了驗證上述所提出控制策略的正確性，采用Matlab/Simulink模塊與M函數(shù)相結(jié)合的方法對所提六相對稱繞組永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進行建模。為了更好地逼近實際電動機對象，利用Simulink Powersystem模塊對六相對稱繞組永磁同步電動機定子繞組電路回路進行建模，如圖3-15所示。

電路輸入為六相繞組端電壓、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)電角速度ω_r、轉(zhuǎn)子位置度θ_r，輸出為六相繞組電流。各相繞組反電動勢通過受控電壓源方法耦合到繞組回路中。根據(jù)式（2-30）和式（2-31），定子端電壓方程進一步變換為

式中，六相繞組反電動勢矢量e_r=［e_Af e_Bf e_Cf e_Df e_Ef e_Ff］T。

電動機凸極引起的定子繞組感應(yīng)電動勢系數(shù)K_e如下：

與電動機凸極效應(yīng)相關(guān)的定子繞組電感ΔL_rs如下：

回路中的電壓以受控電壓方法耦合到繞組回路中；（L_sσ1+L_sm）為串聯(lián)于定子繞組回路中的電感L_sσ1+L_sm兩端的電壓降。為了獲得定子的微分項，采用L_sσ1+L_sm兩端電壓降采樣值除以電感L_sσ1+L_sm來獲得，這樣避免了在建模過程直接對采樣電流進行微分帶來的干擾很大的問題。模型中所需要的電磁轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子位置角等按2.3節(jié)相關(guān)公式計算即可。最終建立起來的六相對稱繞組永磁同步電動機完整的仿真模型如圖3-16所示。

2.控制系統(tǒng)仿真結(jié)果

所采用的六相對稱繞組永磁同步電動機參數(shù)見附錄中的表A-1，給定定子磁鏈幅值為0.33Wb，轉(zhuǎn)矩限幅為20N·m，逆變橋臂插入死區(qū)時間為3.2μs。若沒有死區(qū)補償及零序電流i_sz4閉環(huán)控制，則驅(qū)動系統(tǒng)相關(guān)電流仿真結(jié)果如圖3-17所示。從仿真結(jié)果可見，零序電流i_sz1，i_sz2除了局部的尖峰以外，絕大部分時間均為零；零序電流i_sz3始終為零；但零序電流i_sz4卻由于逆變器的非線性因數(shù)，出現(xiàn)峰值10A的三次諧波交流分量。由于i_sz4的非零特性，導(dǎo)致實際相電流會產(chǎn)生較大的畸變。

為了降低零序電流i_sz4的幅值，采用本節(jié)所提出的具有零序電流控制的直接轉(zhuǎn)矩控制策略進行仿真，負載轉(zhuǎn)矩為10N·m、轉(zhuǎn)速為1500r/min，仿真結(jié)果如圖3-18所示。從仿真結(jié)果可見，零序i_sz4中原有的3次諧波基本被消除，只存在高頻的PWM脈動。相繞組電流波形正弦度較好，機電能量轉(zhuǎn)換平面定子磁鏈幅值和電磁轉(zhuǎn)矩各自跟蹤其給定值，磁鏈幅值控制為0.33Wb，電流轉(zhuǎn)矩控制為10N·m。