永磁同步电机直接转矩控制系统转矩失控问题研究

摘要

永磁同步电机在工业生产和生活中有着非常广泛的应用，就其控制而言，目前主流的高性能控制算法有矢量控制和直接转矩控制。现有文献对于直接转矩控制的研究主要集中在抑制转矩脉动和定子磁链观测这两个方面。然而随着研究的不断深入，直接转矩控制中的一类特殊问题逐渐暴露出来，这就是失控问题。 在永磁同步电机直接转矩控制系统中，某个电压矢量对电磁转矩的影响会随着负载的大小和转速的不同而变化。在重载或转速较高时，电磁转矩会失去控制。本文对这一问题进行了详细的研究，通过理论推导，并借助相关导数曲线对转矩失控的原因进行了分析。进一步的研究表明，电压矢量作用下负载角的变化与负载无关。利用这一特性，将直接转矩控制系统中电磁转矩滞环代以负载角滞环，设计了基于负载角反馈的直接负载角控制算法。改进后的算法的控制性能与负载条件无关，适用于负载变化大且变化频繁的永磁同步电机驱动系统。同时，该算法保留了直接转矩控制原有的优势，结构简单，易于实现。对于这种新的控制算法的实际应用限制和优缺点进行了详细的说明。对比仿真结果验证了本文相关理论分析的正确性。证明了使用改进后的算法可以显著地提高系统带负载能力和转速范围，对于进一步提升直接转矩控制系统的性能有重要的参考价值。

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