改进占空比的双三相永磁同步电机直接转矩控制.pdf

摘要

摘要

在近年来的技术发展中，多相永磁同步电机，尤其是双三相永磁同步电机，相比

于传统三相永磁同步电机，具有更大的输出功率、更强的容错能力和更低的转矩脉动

等优势，已经运用于多个高要求的应用场景中，比如军事和新能源汽车领域。

本文首先建立了电机的数学模型，为了简化三相电机的控制方法，并减少多相电

机控制系统设计的复杂性，利用矢量空间解耦方法以及Clark矩阵对数学模型进一步

解耦，降低了多相电机控制策略的系统难度。然后对直接转矩控制技术进行了详细介

绍，给出了六相电压源逆变器的电压矢量分布并分析了电压矢量的作用效果。基于对

转矩以及磁链数值的研究，设计了选取电压矢量的方法。通过仿真测试，发现传统直

接转矩控制的不足之处。

针对传统开关表选取αβ子空间最外层12个电压矢量后无法获得良好的稳态效果，

通过加权的方法使用次外层和最外层的矢量共同最小化zz子空间中的磁链，获得了

12

12个新的合成电压矢量，并由这12个新的合成电压向量组成的新层来替换传统的最

外层，用于减少定子谐波电流。同时传统DTC策略的优点，即结构简单和良好的鲁棒

性，得以保留。

针对双三相电机直接转矩控制系统转矩脉动和谐波电流较大的问题等，提出无差

拍占空比计算方式，在选择电压矢量时加入占空比环节，实现了对谐波电流和转矩脉

动的抑制。同时针对计算结果会损失转矩参考值变化的信息，导致操作性能较低的问

题，提出参考转矩预测和基于磁链区间控制的占空比计算方法以及最优电压矢量选择，

通过在每个采样周期内准确估计电机的转矩需求，使得控制系统能够更精确地计算合

适的占空比，以满足实时的转矩需求。

针对直接转矩控制中的滞环比较器导致空间电压矢量离散，并使电磁转矩和定子

电流含有的谐波较大的问题，引入模型预测直接转矩控制，通过系统预测模型预测电

机状态，并超前一个周期得到最佳的电压矢量以及对应的占空比，这种方式保证了控

制的实时性，又改善了电机的稳态性能。同时，针对计算占空比时未考虑电磁转矩，

导致计算误差较大的问题，通过在一个控制周期内插入零矢量，并用到切点的距离作

为成本函数的最优值，使误差最小化。

最后根据仿真结果显示，上述方法具有显著的优势，不仅满足了控制效率以及响

应速度的要求，而且有效抑制了谐波电流以及转矩脉动，提升了控制的性能。

关键词双三相永磁同步电机；直接转矩控制；模型预测转矩控制；占空比优化调制；

稳态性能改善

I

Abstract

Abstract

Inrecentyears,inthedevelopmentoftechnology,multiphasepermanentmagnet

synchronousmotors,especiallydualthree-phasepermanentmagnetsynchronousmotors,

haveadvantagessuchaslargeroutputpower,strongerfaulttolerance,andlowertorque

ripplecomparedtotraditionalthree-phasepermanentmagnetsynchronousmotors.They

havebeenappliedinmultiplehighdemandapplicationscenarios,suchasmilitaryandnew

energyvehiclefields.

Thisarticlefirstestablishesamathematicalmodelofthemotor.Inordertosimplifythe

controlmethodof