改進永磁同步電機轉矩控制精度的措施

對于磁阻轉矩常數(shù)的識別也會促進在高轉速下轉矩精度的提高，如圖5所示。


圖5 在磁場削弱范圍內電機參數(shù)辨識后的轉矩精度



但是在過載的情況下，電機參數(shù)辨識策略在所有速度下均不能改進轉矩精度。

kk（iq）多項式離線自適應控制系統(tǒng)

在過載情況下，轉矩電流iq和轉矩常數(shù)之間的恒定關系將不再適用。這時需要使用公式2所定義的多項式mact＝f（iq）iq的方法來表示轉矩與轉矩所產生的電流的關系：



參數(shù)的辨識與第二部分中討論的kt辨識類似。不同處在于現(xiàn)在需要在n個運行點上重復測量轉矩產生的電流iq，從電流額定值的一半到最大電流之間對n個點進行采樣測量。勵磁電流id為零，同時也用到之前確定的磁阻轉矩常數(shù)。

如公式（3）中所示，參數(shù)是通過最小二乘法估算得到的。



圖6顯示了在使用kt（iq）多項式離線自適應控制系統(tǒng)后的轉矩精度。3倍過載的情況下轉矩精度偏離額定轉矩的誤差也未超過±3%。


圖6 離線自適應控制下的轉矩精度

不幸的是，在發(fā)生溫度變化時這一策略同樣也會失效。所以在所需溫度運行點上進行電機參數(shù)辨識，并且控制溫度在一個最小范圍內變化顯得格外重要。除了溫度方面的缺陷，一個變化的磁阻轉矩常數(shù)同樣也會使得這一策略在去磁效應范圍內失效。

kt在線自適應控制系統(tǒng)

如果電機電樞溫度有明顯變化或者在公式（2）中所述的磁阻轉矩常數(shù)kt,rel方法在弱磁范圍內不能用，那么就需要使用在線自適應方法。


圖7 永磁同步電機相量圖
這種在線自適應方法是基于從電壓相量和電流相量對電動勢相量，磁場強度相量的推導。如圖7和公式（4）所示。該方法對任何參考系下的定子或轉子都適用。


電動勢相量與積分算子（jωel）－1（需要已知電轉速ωel電轉速是機械轉速與極對數(shù)的乘積）相乘可得場強相量。更進一步，用場強相量的絕對值乘以1.5（這一因數(shù)依賴定子電流3/2轉換的情況）以及極對數(shù)zp得到實際的轉矩常數(shù)kt。



但可惜的是，在靜態(tài)情況下，由于電機端電壓是作為輸入量的，這套在線自適應策略不適用。只有在速度高于額定轉速的10% 時在線自適應策略才適用。圖8顯示了在線自適應策略對于轉矩精度的控制情況。從圖中可知，在轉速為零時，自適應策略是無效的。


圖8 在線自適應控制下的轉矩精度

從圖8中可以看出，在3倍過載范圍內，轉矩偏差不會超過額定轉矩的4%。輕微的過補償是源于所獲得的電壓不準確，所以精確地知道實際電壓是實現(xiàn)在線自適應轉矩精度控制的關鍵。

換流電壓誤差補償

由于性價比的緣故，很多逆變器沒有配置相電壓傳感器。實際相電壓是由晶體管在一個控制周期tcycle間點所決定的。為避免在直流耦合處發(fā)生短路，需要設置一個大于實際晶體管關斷時間toff的互鎖時間tl，由此來保證在單相電路中同一時刻僅有一個晶體管關斷。但是這將導致線路中出現(xiàn)兩管同時不導通的時間段，如圖9所示，左邊topen＝tl－toff，右邊topen＝ton。


圖9 晶體管的開關時間圖

在兩管都處于關斷的狀態(tài)下，實際相電壓由相電流決定。在具備足夠大的電感情況下，可以認為相電流在topen時間內是一個定值。電纜的特性用晶體管與電容c并聯(lián)來模擬，如圖10所示。


圖10 單相晶體管電路

當上側晶體管（圖9左側）關斷后，上側電容開始充電而下側電容開始放電。如果相電流iphase很小，上側電容的電壓直到下側晶體管已經(jīng)導通才充至直流耦合電壓udc。如圖11左側所示。


圖11 小（左）大（右）相電流下的上側電容充電情況