中压三电平逆变器矢量控制系统的几个特殊技术 马小亮(2)

一种可解决前二难题的新VM框图示于图5(a)[2]，它基于下列公式

:

式中:emd和emq是在同步旋转坐标系dq轴的分量， 位于d轴上。为区别观测值与实际值，在观测值上方加上标“∧”。和由emα和emβ经矢量回转VD获得，回转角为，来自VM输出。虚线框中K为动态校正环节，Δt为角度补偿，在分析工作原理时先不考虑它们。

新VM中虽然也有两个积分器I1和I2，但它们位于闭环中，漂移被抑制，若积分I1出现漂移，减小，和Δθ加大，增加，使ψ恢复原来值，同理I2的漂移也被抑制。当数字控制使滞后θ时，Δθ＜0，，，使，角差Δθ被补偿。新VM解决了传统VM的两大难题，并且直接输出ψ和θ。

新VM是通过Δθ实现闭环系统，环中有两个纯积分环节，动态分析[2]表明它稳定性不好。为改善稳定性，增加系统阻尼。引入虚线框中系数K，稳态时=0，，不影响观测。新VM可以补偿由数字系统离散带来1.0T滞后，但没法补偿由平均值采样带来的0.5T测量滞后，为此加入虚框中Δt角度补偿信号，取Δt=0.5T。

(a) 磁链瞬时角度 (b) 磁链的β分量

图6 新VM仿真结果

仿真结果示于图6，从图中看出观测值和在每个采样时刻都等于实际值θ和ψβ。新VM不仅能观测运行中的磁链，还能观测正式运行前，电机建立磁场过程的ψ变化和初始位置角θo，参见文献[2]。

逆变器输出电压电流测量;逆变器输出滤波器对矢量控制的影响及对策;电机定子电势(emα、emβ)计算;观测电机磁链的电压模型;直流电流调节块的预控和电机参数变化的补偿

为实现VM和IM在fo=5%fN附近的平稳过渡，可采用图7切换电路。

图7 VM、IM切换框图

6 直流电流调节块的预控及电机参数变化补偿

直流电流调节块(DCRB)的框图示于图8，它的输入是定子电流磁化分量给定和实际值(i*md和imd)及转矩分量给定和实际值(i*mq和imq)，输出是定子电压的两直流分量(V*'emd和V*'emq)，供矢量变换产生三相交流电压给定用，任务是精确控制实际电流向量的幅值和相位，使其等于期望值，它是矢量控制的另一关键。

逆变器输出电压电流测量;逆变器输出滤波器对矢量控制的影响及对策;电机定子电势(emα、emβ)计算;观测电机磁链的电压模型;直流电流调节块的预控和电机参数变化的补偿

图8 新DCRB框图

通常的DCRB只有两个PI调节器1DCR和2DCR，数字控制系统的离散性质导致滞后，调节过程慢，三电平逆变器采样时间长(1ms)，影响更甚，转矩响应时间近100ms。为改善动态性能，加快转矩响应，在新DCRB中，引入两个预控计算环节1PC和2PC，根据给定量i*md、i*mq、f*和ψ*及电机参数RS、Leα计算期望值的直流电压分量V*'emd和

V*'emq

式中:ω*=2πf*，用相对值计算时ω*=f*。

第K周期的电流增量为

(直流电流变化慢，可以用相邻两次采样之差与T之比代替电流微分计算)

引入1PC和2PC后，电流给定量的变化不经调节器，直接通过预控作用于输出电压，从而大大加快调节过程，使转矩响应时间减至5~10ms。若计算准确，调节器输出ΔV*emd和ΔV*emq，调节器在这里仅起校正预控误差的作用。

在图8所示DCRB中还有一个正交补偿通路:2DCR的输出ΔV*emq经滤波，乘f*加权得dV，加至V*emd计算中

逆变器输出电压电流测量;逆变器输出滤波器对矢量控制的影响及对策;电机定子电势(emα、emβ)计算;观测电机磁链的电压模型;直流电流调节块的预控和电机参数变化的补偿

用于补偿由于参数变化、设置不准引起的磁链变化。调试时，检查预控环节中设置的参数，稳态时应该ΔV*emq≈0，dV≈0，正交通路不起作用，若参数变化磁链加大，电机电压升高，ΔV*emq＞0，dV＞0，V*emd减小，使磁链减小，参数变化影响被抑制。

预控计算总有一定误差，ΔV*emq不会正好等于0，低速时占V*emd比例大，不希望它影响V*emd工作，为此通过乘f*加权办法来削弱正交通道的作用。正交通道投入后，1DCR调节中的I输出会加大，阻碍dV的校正作用，为此通过函数发生器2HF产生1DCR中的I限幅值，高速时()限幅值=0，1DCR中的I不起作用，正交通道工作;低速时()，I限幅放开，dV小，正交通道不工作;是过渡段，开关K用于切断或投入正交通道。

7 结束语

(1) 基于△/∑A/D变换的电压电流检测能满足平均值采样及中压逆变器的耐压和抗干扰要求;

(2) 计算等值电机电压和漏感方法解决了逆变器输出滤波器对矢量控制影响问题;

(3) 交流电流增量计算方法克服了emα、emβ计算中的电流微分滞后问题;

(4) 新电压模型解决了纯积分漂移和离散计算滞后问题;

(5) 直流电流调节的预控大大加快了转矩响应，正交补偿通道能抑制电机参数变化对磁链的影响。