两种采用SVM方法的控制系统脉动性能分析

摘要：本文针对永磁同步电机传统直接转矩控制的缺点，提出两种基于空间矢量调制技术（SVM）的控制方法。第一种方法是基于空间矢量调制和预测PI控制器直接转矩控制，第二种方法是基于空间矢量调制滑膜变结构控制器直接转矩控制。然后通过仿真结果比较两种控制方法对磁链脉动和转矩脉动的鲁棒性。

关键词：空间矢量调制技术 预测PI控制器 滑膜变结构 鲁棒性

中图分类号：TM341 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）06-0035-02

1 引言

直接转矩控制（Direct Torque Control，DTC）是近十几年继矢量控制之后发展起来的一种新型的具有高性能的交流调频技术，不同于矢量控制技术，直接转矩控制有着自己的特点，它在很大程度上解决了矢量控制中计算复杂、特性易受电动机参数变化的影响、实际性能难于达到理论分析结果的一些重大问题。直接转矩控制放弃了旋转坐标变换，而是在静止两相坐标系上控制转矩和定子磁链，并实行转矩和磁链Pang-Pang控制[1]，可以获得更快的动态响应，但不可避免地产生转矩和磁链脉动，为了有效减小转矩和磁链的脉动，本文将研究两种能够减小磁链和转矩脉动、改善系统控制性能的算法，即空间矢量调制和预测思想及转矩PI控制器和滑膜变结构控制器引入直接转矩控制系统以克服传统直接转矩控制磁链和转矩脉动大的缺点，并利用MATLAB仿真验证这两种算法的可行性。

2 基于空间矢量调制和预测PI控制器直接转矩控制

3 基于空间矢量调制滑膜变结构控制器直接转矩控制

变结构控制由前苏联学者提出，所谓的“变结构”是指在系统工作过程中，根据运行参数的变化使系统中环节之间的连接方法发生变化，或者某些信号的极性发生变化，或者系统的某些参数发生变化。而滑模控制是变结构控制策略之一，其最大优点就是系统一旦进入滑模状态就不再受系统原有参数变化和外部扰动的影响，对系统参数和外部扰动具有完全的或较强的鲁棒性和不变性。因此，它能同时兼顾动态精度和静态精度的要求。它的性能类似于一个高增益控制系统，却不需要过大的控制动作。滑模控制系统的鲁棒性和不变性已经成为滑模控制得到普遍重视和应用的一个重要特性。图7为基于空间矢量调制和滑模变结构控制器的直接转矩控制仿真图，步长为1μs，逆变器最大切换频率10kHz。其中SMVS模块为定子磁链和转矩的滑模变结构控制器[4]。

4 结语

比较两种基于SVM的控制系统可以知道，采用预测PI控制器的DTC控制系统转矩响应速度略慢，磁链脉动程度基本相同，但转矩脉动进一步得到改善。原因是由于采用预测思想和转矩PI控制器的DTC控制系统只是对磁链的大小和方向进行了最优的预测和控制，而对转矩则是由线性PI控制器控制，这种预测的最优效果直接作用对象是磁链，而不是转矩，对转矩的控制是间接的，所以系统对转矩响应速度略慢。而采用滑模变结构转矩和磁链控制都是直接的，可以使两者同时趋于最优。

参考文献

[1]Jun-Koo Kang， Seung-Ki. New Direct Torque Control of Induction Motor for Minimum Torque Ripple and Constant Switching Frequency. IEEE. Trans. on Industry Applications 1999 35（5）：1076～1082.

[2]王晓明，王玲.电动机的DSP控制——TI公司DSP应用，北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[3]D.Swierczynski， M.P.Kazmierkowski. Direct Torque Control of Permanent Magnet Synchronous Motor （PMSM） Using Space Vector Modulation （DTC-SVM）-Simulation and Experiment Results. IEEE. Trans. on Industry Applications 2002 6（2）：751～755.

[4]田蕉.永磁同步电机SVM-DTC控制策略研究：[硕士论文].南京：南京航空航天大学，2004