郭志榮++王其林

摘要：針對艦炮交流隨動系統(tǒng)非線性、時變和耦合的特點， 提出了采用直接轉矩控制（direct torque control， DTC）的永磁同步電機艦炮隨動系統(tǒng)。利用Matlab 7軟件，對傳統(tǒng)PID控制和本文所采用的策略進行了對比，仿真結果表明直接轉矩控制改善了系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能，提供了系統(tǒng)的魯棒性。

關鍵詞：艦炮 直接轉矩控制 隨動系統(tǒng) 永磁同步電機

中圖分類號：TJ391 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0023-01

永磁同步電機以其體積小、重量輕、功率密度大等優(yōu)點被廣泛使用在電機驅動系統(tǒng)中，為了實現艦炮隨動系統(tǒng)的動、靜態(tài)指標的大幅提高，采用永磁同步電機控制系統(tǒng)已成為當今艦炮隨動系統(tǒng)的發(fā)展方向。直接轉矩控制作為一種新型的交流電機控制方式，由日本的Takahashi和德國的Denpenbrock提出，Zhong[1-2]首次較完備的提出了永磁同步電機直接轉矩控制理論，Muhammed Fazlur Rahma 實現了永磁同步電機直接轉矩控制系統(tǒng)在恒功率區(qū)的弱磁控制，因此將該控制方法應用于艦炮永磁同步電機隨動系統(tǒng)有著廣泛的前景。

1 PMSM直接轉矩控制

1.1 PMSM的數學模型[3]

在兩相靜止坐標系下定子磁鏈的表達式：

定子電壓方程表達式：

式中：是定子電阻；、是定子兩相靜止坐標系下的定子磁鏈分量；、為定子電壓分量；、是定子電流分量；是電機機對數；為d軸與軸間的夾角；為轉子電角速度；、為d、q軸電感；p為微分算子。

1.2 PMSM的DTC控制原理

采用直接轉矩控制的永磁同步電機直接轉矩控制系統(tǒng)如圖1所示。

系統(tǒng)由永磁同步電機、逆變器、磁鏈估算單元、轉矩估算單元[4]、轉子位置估算單元、開關表和控制器等組成?？刂葡到y(tǒng)將轉速差，經PI控制器輸出給定轉矩信號；同時系統(tǒng)根據檢測的電機二相電流和電壓值，利用公式式（1）和式（2）計算出電機的實際磁鏈和轉矩。估算出電機轉子的位置、電機給定磁鏈和轉矩與實際值的誤差；然后選擇逆變器的電壓矢量[5]，使電機能按控制要求調節(jié)輸出轉矩，最終達到調速度的目的。

2 仿真及結果分析

為了驗證永磁同步電機直接轉矩控制在提高PMSM靜、動態(tài)特性的優(yōu)勢，對文中所提的控制策略與傳統(tǒng)PID控制進行了仿真研究。電機參數：額定轉矩；極對數為2；定子電阻，d、q軸電感。仿真開始為空載運行，0.2秒處的階躍載荷等于它的額定轉矩，采樣周期為100。

在低轉速100rpm時，圖2、圖3分別為傳統(tǒng)PID控制和DTC控制的響應曲線，由圖2可知，傳統(tǒng)PID控制的轉矩脈動較大；而圖3中，在直接轉矩控制中，轉矩響應迅速而且波動較小。在高轉速1000rpm是，圖4，圖5分別為傳統(tǒng)PID控制和DTC控制的響應曲線，由圖4可知，傳統(tǒng)PID控制的轉矩脈動較大；而圖5中，在直接轉矩控制中，轉矩響應迅速而且波動較小。

3 結語

本文對采用直接轉矩控制的永磁同步電機控制系統(tǒng)進行了研究并做了數字仿真，仿真結果表明，相對于傳統(tǒng)的PID控制，直接轉矩控制在電機低速和高速時，系統(tǒng)的轉矩響應更快速，對系統(tǒng)外部干擾具有更強的魯棒性，系統(tǒng)動、靜態(tài)性能優(yōu)異，能適應于艦炮隨動系統(tǒng)要求轉矩快速響應的伺服系統(tǒng)。

參考文獻

[1]Depenbrock M. Direct self-control of inverter-fed machine[J].IEEE Transactions on Power Electronics，1988（4）：420-429.

[2]Zhong L， Rahman M F， Hu W Y， et al. Analysis of direct torque control in permanent magnet synchronous motor drivers[J]. IEEE Transactions on Power Electronics，1997（3）：528-535.

[3]Guney I， Oguz Y. Serteller F. Dynamic behavior model of permanent magnet synchronous motor fed by PWM inverter and fuzzy logic controller for stator phase current，flux and torque control of PMSM[C].IEEE Proceeding from Electric Machines and Drives Conference，USA.2001，12-17：479-485.

[4]黎亞元，唐浦華，宋昌林.直接轉炬控制中一種磁鏈估計新方法[J].中國電機工程學報，2000（5）：22-24.

[5]魏欣，陳大躍，趙春宇.一種基于占空比控制技術的異步電機直接轉矩控制方案[J].中國電機工程學報，2005（14）：93-97.

收稿日期：2016-09-19

作者簡介：郭志榮（1976—），男，安徽蕪湖人，博士，畢業(yè)于海軍工程大學，講師，研究方向：電力電子及電力傳動。