转矩脉动降低支持向量机基于直接转矩控制的感应电动机

D.Kousalya¹:Manoj Kumar²

PG学生(PED),部门EEE, RMK工程学院,钦奈,印度Tamilnadu
助理教授,EEE称,RMK工程学院,钦奈,印度Tamilnadu

文摘

直接转矩控制(DTC)是一种优良的控制策略在感应电机转矩和磁通控制。滞回比较器是用来补偿误差估计和参考转矩和通量之间的关系。DTC驱动器的主要问题引起稳态转矩和流量脉动。本文提出了一种新的策略,直接转矩控制的感应电动机驱动基于新空间矢量调制。通量,它可以减少稳态转矩脉动电流,和速度。建议的方法,估计之间的误差和参考转矩和磁通将生成的空间电压矢量的补偿。在时间复杂度最小化通过测量部门当地角。提出的控制方法的性能,使用MATLAB / SIMULINK仿真。得出该方法生产更小的转矩和磁通的涟漪在稳态操作比传统DTC

关键字

直接转矩控制,空间矢量调制,感应电动机。

介绍

在年代,直接转矩控制的感应机器了。它给快速和良好的动态转矩响应。DTC可以被视为替代磁场定向控制(FOC)技术[1],[2]。DTC方案最初提出是非常简单的,由一对滞回比较器、扭矩和通量计算器,一个查找表,电压源逆变器(VSI)。的主要优点是它不需要任何转换或PWM脉冲生成和当前的监管机构。它最小化[3]使用机器的参数,其结果不太敏感的参数变化。DTC的主要缺点是逆变器的开关频率的变化和转矩脉动[4]。可变开关频率问题的根本原因是滞回比较器的使用。hysteresis-based控制器的切换频率的分析DTC驱动器提出了[5]。结果表明,开关频率深受马达速度,这主要是由于转矩斜坡取决于电动机转速。 The problem of variable switching frequency can be solved by two methods: first method is using variable hysteresis bands to maintain a constant switching frequency [6], but it’s implementation will increase the complexity and second method is performing the switching at regular intervals [7] [8], But In case an active or zero voltage vector is applied for the whole switching period, then the torque ripple will inevitably become high. Several techniques have been developed to diminish torque ripple. The pulse duration of the output voltage vector is determined by the torque ripple minimum condition [9]. This method can significantly decrease the torque ripple, but they increase the complexity of the DTC algorithm.

本文提出了简单而有效的控制策略来维持恒定的开关频率和转矩脉动最小化的DTC。维持一个恒定的开关频率,一个简单的π扭矩和流量控制器引入取代迟滞比较器。适当的电压矢量选择使用新空间矢量调制技术。因此,转矩脉动小相比,磁滞带控制器。仿真结果表明,扭矩,流量脉动降低开关频率恒定,提出技术。第二部分描述了感应电动机的数学模型。直接转矩控制与改进支持向量机方案第三部分中描述。仿真结果和结论提出了分别在第四部分和第五部分。

感应电机模型

dq线圈的电压平衡方程表示的空间电压矢量在静止的参考系中给出方程(1)(4)。

直接转矩控制与支持向量机方案进行修改

直接转矩控制的感应电动机驱动的原理是控制的磁链和电磁转矩直接选择合适的逆变器开关状态的帮助下查找表。传统DTC包括两层和三层滞后控制器,三级为转矩和磁链的两个层面。尽管它有许多优点如没有反馈控制,没有传统的PWM算法,没有矢量变换,它也有一些缺点比如可变开关频率,固有的稳态转矩和磁通的涟漪。由于磁滞带控制器,稳态转矩和流量脉动更直接转矩控制的感应电动机从平稳响应的观点是不可取的。直接磁通和转矩控制与空间矢量调制(DTC-SVM)计划提出为了克服传统DTC的感应电动机的缺点。DTC-SVM策略运作以恒定开关频率是图1所示。

控制逆变器的电压空间矢量调制技术而不是部门选择块用于古典DTC。所需的控制器计算出定子电压矢量,然后实现了空间矢量调制技术。在这个方案有两个类型比例积分(PI)控制器代替磁滞带调节转矩和磁通的大小。通过控制转矩和磁通幅值、逆变器产生的门信号。空间矢量调制(SVM)技术已成为最受欢迎的和重要的PWM技术控制的交流电机。空间矢量调制是数字技术用于创建一个参考电压矢量调制空间向量的开关时间的图3中所示的六个部门。

在空间矢量调制技术,逆变器可以视为一个单位,而不是三个独立的推挽驱动如正弦脉宽调制。PWM技术接近参考电压Vref通过八个开关的组合模式(V0 V7) [10]。空间向量的概念来源于交流电机的旋转磁场用于调节逆变器的输出电压。空间矢量脉宽调制可以通过以下步骤实现:

1)计算Vd、Vq Vref,α。

2)计算当地的θ。

3)计算时间。

1)计算Vd、Vq Vref,α:两个阶段(dq)表示三相电压图三所示。

2)计算当地的θ():角α测量电压对d-axis组成部分。使用常见的时间公式所有部门积极和稳定的向量时间,有必要找出地方θ为每个部门使用以下方程。

3)计算时间:SVPWM方法的原则是,命令电压向量是大约计算通过使用三个相邻向量。每个电压向量的时间获得通过使用电压矢量方程计算:

在空间矢量脉宽调制技术,所需空间向量是由两个相邻矢量和零矢量合成的。切换时间在一个部门,可以计算。

SMULATION结果

验证的有效性基于SVM的DTC方法,基于双层支持向量机直接转矩马达驱动开发和仿真结果提出了这里。基于空间矢量调制的直接转矩驱动见图2。空间矢量调制技术是采用闭环转矩和磁通控制产生逆变器开关状态。模拟工作进行了感应电动机的规格在附件。该方案在MATLAB / SIMULINK仿真模拟。图7和图8显示了DTC的感应电动机定子电流和基于支持向量机的DTC的感应电动机。在经典DTC和基于支持向量机的DTC 5 nm的稳态负载转矩应用在时间t = 0.5 s。电流从5个增加到7个。但目前在DTC与SVM减少脉动。

定子磁通的直接转矩控制和基于支持向量机的直接转矩控制的感应电动机所示Fig.9当与DTC和基于支持向量机的DTC相比,定子磁通与SVM DTC更为统一。电磁转矩响应为感应电动机DTC和基于支持向量机的DTC fig.10和图11所示。

图10显示了DTC的感应电动机的电磁转矩。最初,电动机的最大转矩振荡30纳米,定居在0纳米0.035秒。当负载转矩10 Nm的一半是应用在0.5秒,电动机开始然后解决振荡稳定。在稳定状态下的最大和最小值之间的负载转矩振荡13海里在t = 0.6 s 7海里。

满载20 Nm扭矩时,输出转矩上升和振荡之间的最大和最小转矩分别为23海里和17海里。当一半的负载转矩应用,转子转速下降略低于500 RPM暂时保持不变,剩下的时间在DTC和DTC-SVM感应电动机。

在基于支持向量机的直接转矩控制电机启动时为零负载转矩在t = 0时,它会震荡多达25 nm和解决稳态在直接转矩控制t = 0.028 s。

当负载转矩10 Nm的一半是应用在0.5秒,电动机开始然后解决振荡稳定。在稳定状态下的最大和最小值之间的负载转矩振荡11 9.2 Nm在t = 0.6 s。满载20 Nm扭矩时,输出转矩上升和振荡之间的最大和最小转矩分别为20.8和19.1 Nm。比较直接转矩的转矩脉动和DTC SVM表所示。因此从结果表推断,提出方案减少转矩脉动。

结论和未来的工作

摘要新的直接转矩控制策略基于PI控制器和新空间矢量调制技术提出了感应的机器。实现空间矢量调制实现使用本地θ也减少了时间计算的复杂性。DTC与SVM实现恒定开关频率和减少转矩脉动。多电平逆变器少总谐波失真与两级逆变器相比,模糊是一种软计算技术将减少扭矩和通量误差非常准确地比PI控制将为未来的范围。模拟结果验证该基于SVM的DTC提高了转矩控制。

附录

引用

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