基于DSP永磁同步电机直接转矩控制系统研究

　由于PMSM具有功率密度高、效率和功率因数高的特点，在工业、民用、军事等领域的应用越来越广泛。DTC摒弃了矢量控制中解耦的控制思想，去掉了PWM控制和电流反馈环节，采用特定的定子磁链定向和空间矢量概念，通过检测定子电压、电流，直接在定子坐标系下观测电机磁链、转矩，并将此观测值与给定磁链、转矩相比较，差值经滞环控制器调节得到相应控制信号，再综合当前磁链状态来选择相应电压空间矢量，直接控制电机定子磁链及转矩，以获得快速的转矩响应及优良的控制性能。针对永磁同步电机直接转矩控制策略，阐明其理论基础，运用现有的异步电机DTC研究成果，从理论及空间电压矢量选择表。

　　表1逆时针运转时逆变器开关表磁链7转矩T磁链矢量所处区域~VI表示当前磁链所在区域（），U表示所选择的电压矢量，这就是PMSMDTC的控制规律。

　　在实际的数字控制系统中，磁链会经常处在分区边界处的一个小扇区内，造成电压矢量选择的不确定性。为此在分区边界上选择与分区边界垂直的电压矢量，得到表2所示修正表。

　　表2原始开关修正表磁链转矩T定子磁链所处边界广或1如果定子磁链幅值变化量在区域边界上为0. 5%时，输出电磁转矩变化量可达到10%，如果不采用表2对原始开关表1进行修正，电机往往不能正常起动。

　　输入信号处理为实现定子磁链及转矩的观测，检测电机电压电流。对PMSMDTC而言，为起动电机需知转子磁极的准确位置以确定定子磁链初始矢量，同时还需要用光电编码信号计算电机的转速实现速度闭环控制。为此设置了电压、电流、光电编码等输入信号的处理电路。

　　系统保护电路由于PMSMDTC系统无电流环，借助于离散的两点式调节（Ban-Bang控制）直接对逆变器开关状态进行控制，有可能发生电流冲击，为此必须完善系统的过流保护。

　　过流保护措施分三层实施，依次是软件、硬件和IPM自身保护，其电流保护值依次增加。硬件过流测与锁存电路如所示。

　　保护系统共有三路故障信号源，分别是三相电机过流、直流母线过流和IPM故障信号。3个故障信号经处理获得一个总的报警信号，分别输入到DSP和硬件保护电路。为确保保护功能得以实现，区边界修正后，获得了良好的起动能力和起动特性。

　　电机空载起动的转速（上）、转矩（下）波形示出2000r/min下稳定运行时的定子磁链矢量轨迹，具有圆形特征。为电机给定转速000r/min之间切换的情况下得到的转矩响应波形。0是转矩在-5Nm和5N*m之间，切换速度开环情况下得到的转矩波形。

　　可以看出，电机的输出转矩从-5Nm到5Nm的变化时间仅为1ms，体现了采用PMSMDTC策略后能获得快速的转矩动态响应效果。

　　6结论分析了PMSMDTC与异步电机DTC之间的差异，针对定子磁链分区边界上电压矢量选择方面存在的误差，对PMSMDTC开关表作了补充优化，在此基础上提出了一整套控制方案和实现技术。实验结果验证了所提出的PMSMDTC方案实际可行，具有良好的转矩动态响应性能。