基于滑模控制的永磁同步电机直接转矩控制

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导读： 针对传统的DTC存在的问题进行，本期主要介绍基于滑模控制的永磁同步电机直接转矩控制。

传统DTC采用两个 Bang-bang 控制器分别对转矩和磁链幅值进行控制，响应快速，对系统参数摄动和外干扰鲁棒性强、但存在较大的磁链和转矩脉动，逆变器开关频率不恒定，低速时系统难以精确控制，以及因转矩脉动引起的高频 噪声等问题。 传统DTC中磁链和转矩脉动过大是因逆变器的实际开关频率不够高，从而导致一个数字控制周期中所选用的有效电压矢量无法与期望的电压矢量－致。

针对这些问题，目前多采用以下几种解决方案：

（1）对传统DTC的开关表加以改进，如增加零电压矢量和矢量细分等；

（2）采用多电平控制功率变换器通过多个空间电压矢量作用于电机，使磁链、转矩平滑，但这增加了系统硬件成本和复杂性。

（3）运用空间电压矢量调制方法使逆变器开关频率恒定，以减小转矩脉动。这种解决方案一般利用PI调节器替代滞环调节器来控制定子磁链和转矩，但特定的PI调节器参数对电机参数、转速和负载变化敏感，存在系统鲁棒性不强的问题。

（4）利用基于滑模控制(SMC)的DTC以期解决传统DTC存在的转矩和磁链脉动较大、逆变器开关频率不恒定等问题。



图1基于滑模控制的直接转矩控制框图

一、基于滑模控制的直接转矩控制器设计







二、仿真搭建


图2基于滑模控制的直接转矩控制系统仿真



图3磁链调节器的仿真模型



图4转矩调节器的仿真模型

三、仿真分析


图5电机转速波形



图6三相电流的变化情况



图7磁链的变化情况



图8 基于SVPWM改进的直接转矩控制系统仿真



图9转矩、转速和三相定子电流变化情况

四、仿真分析

仿真波形效果不是很理想，后续会进一步完善。

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针对传统直接转矩控制（DTC）在永磁同步电机中存在的问题，如转矩和磁链脉动较大、逆变器开关频率不恒定等，基于滑模控制的永磁同步电机直接转矩控制被提出以解决这个问题。改进方案中包括对传统的开关表进行改良，以降低转矩和磁链脉动。采用滑模控制可以有效地优化系统动态响应和鲁棒性，同时减少转矩脉动和磁链波动，提高系统控制精度和降低噪声。此外，滑模控制还可以使逆变器开关频率更加恒定，从而提高系统效率和稳定性。通过改进算法和优化设计，该技术有望在电机控制领域得到广泛应用。

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针对传统永磁同步电机直接转矩控制（DTC）存在的问题，如转矩脉动、磁链脉动及逆变器开关频率不恒定等，采用基于滑模控制的改进方案具有重要的理论和实践价值。传统DTC中的这些问题主要源于逆变器的实际开关频率不足，导致有效电压矢量与期望电压矢量不一致。为解决这些问题，我们提出对传统DTC开关表进行改进的方案。通过引入滑模控制策略，我们可以更精确地控制电压矢量，有效减小转矩和磁链脉动，提高系统动态响应和稳定性。此外，滑模控制还能优化逆变器开关频率，降低系统噪声和能耗。这些改进措施有助于提升永磁同步电机控制系统的性能，为相关领域的应用提供技术支持。

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