永磁同步电机直接转矩控制建模与仿真(3)

2.6 开关表选择模型及其他模型

在直接转矩控制系统中，当施加电压矢量ψ_s夹角大于π/2时，磁链幅值减小；当施加电压矢量ψ_s夹角小于π/2时，磁链幅值增加。当电压矢量落后于ψ_s时，转矩减小；当电压矢量超前于ψ_s时，转矩增加。现用Δψ、ΔT分别表示电机磁链和转矩的误差状态，当给定值比实际值大时状态为1，否则状态为0，则由Δψ、ΔT的状态以及反馈回来的区段值三者便可按表2进行开关电压矢量的选择。表2中的S是为了便于在Simulink中实现查表而设置的一个变量，其中S=2Δψ+ΔT+1

表2 DTC系统开关表

图12 开关选择表、逆变器及电机模型

其中Lookup Table(2-D)参数设置分别为：

Row index input values:  int16([1,2,3,4]);   Column index input values: uint16([1,2,3,4,5,6]);

Table data: uint16(reshape([1,2,5,6,5,3,4,2,4,1,6,3,6,5,2,1,2,4,3,5,3,6,1,4],4,6));

Embedded MATLAB Function中定义电压开关矢量M语言为：

function y = fcn(u)

y = [ 0; 0; 0; 0; 0; 0];

switch u

         case 1

             y= [ 0; 1; 0; 1; 1; 0]; %对应 电压矢量

         case 2

             y= [ 0; 1; 1; 0; 0; 1]; %对应 电压矢量

         case 3

             y= [ 0; 1; 1; 0; 1; 0]; %对应 电压矢量

         case 4

             y= [ 1; 0; 0; 1; 0; 1]; %对应 电压矢量

         case 5

             y= [ 1; 0; 0; 1; 1; 0]; %对应 电压矢量

         case 6

             y= [ 1; 0; 1; 0; 0; 1]; %对应 电压矢量

end

3 仿真结果及分析

本系统参数设定为：采样时间为10μs直线母线电压为310V，死区时间为2ms，限幅值为[-3,+3], K_p=1,K_i=0.02电机极对数n_p=8,定子电阻R_s=0.86Ω,给定磁链ψ_s=0.2WB,转动惯量J=1.06g/m^2,粘滞系数B=0,直、交轴的等效电感L_d=L_q=3.03x10^-3给定转速为50rad/s,在t=0s时刻电机空载启动，在t=0.2s时将给定转速突加到60rad/s，在t=0.3s突加0.7Nm的负载转矩，仿真时间为0.4s。电动机转速、定子磁链矢量、转矩、磁链的波形分别如图（a）、（b）、（c）、（d）。

由仿真结果可以看出，电机启动速度很快，能快速跟踪给定转速；t=0.2s时给定转速由50rad/s突变为60rad/s，转速也能快速跟踪，转矩受到一定影响但很快就能够自动保持稳定；t=0.3s时突加负载，转速在允许范围内呈下降趋势但随后保持稳定，电磁转矩也很快稳定在设定值0.7Nm上下波动。

4结论

在PMSM DTC理论的基础上，利用MATLAB/Simulink建立了PMSM DTC系统，仿真结果表明：波形符合理论分析，系统具有较好的静、动态特性。在建立实际系统前，通过仿真研究可以减轻大量的人力物力，尤其为PMSM DTC的软硬件设计提供了理论基础。

参考文献

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