转矩控制动态性能的优化分析

异步电动机效率优化控制对应的转子磁链可以表示为

式中 T_e——电磁转矩；

n——电动机转速；

L_r——转子等效电感；

L_m——定、转子间互感；

R_s，R_r——定、转子电阻；

R_fe——铁损等效电阻；

p——电动机极对数。

且

图1 效率优化控制的转子磁链Ψ_r^*

式（1）表明，此时的转子磁链Ψ_r^*是电磁转矩T_e和转速n的函数。图1绘出了某电动机效率优化控制对应的转子磁链Ψ_r^*与电磁转矩T_e和转速n的关系。图1表明轻载时效率优化控制对应的磁链明显降低，特别是轻载高速时磁链降低的幅度较大，这将引起动态响应性能下降。电动汽车平稳匀速运行时其效率优化控制的电驱动系统即处于这种工作状态，此时如何提高动态响应速度，以改进汽车动力系统加速性能和乘坐的舒适度是值得研究的问题。(www.xing528.com)

在目前的高性能变频调速控制策略中，矢量控制和直接转矩控制在控制性能上各有特色。矢量控制系统采用转子磁链定向，实现了定子电流转矩分量与励磁分量的解耦，可以按线性系统理论分别设计转速与磁链调节器（一般采用PI调节器），实行连续控制，获得较宽的调速范围；直接转矩控制系统则对电磁转矩T_e和定子磁链ψ_s实行双位式bang-bang控制，避开了坐标变换，简化了控制结构，其动态转矩响应快和系统结构简单的优点已经得到人们的肯定。但是，直接转矩控制存在稳态转矩脉动的问题，系统的稳态运行效率也低于矢量控制系统。

通过分析可知，直接转矩控制以定子磁链为控制对象，当合理地选择电压空间矢量u_s的施加顺序和时间比例，可保持定子磁链幅值不变和转矩快速响应。而一般矢量控制以转子磁链定向，因此，为了充分利用转子磁链和电磁转矩来选择合适的电压矢量，有必要深入分析转子磁链、电磁转矩和定子电压空间矢量之间的关系。

异步电动机的磁链方程、电压方程和电磁转矩可以分别表示为

式中 L_s——定子等效电感；

i_s，i_r——定、转子电流；

ψ_s，ψ_r——定、转子磁链；

u_s——定子电压。

由式（2）～式（4）可推得

式中，

在式（5）右侧，T_e、ψ_s、ψ_r及ψ_r在一个采样周期内的变化相对于外加激励电压u_s的变化可忽略不计，影响瞬态转矩变化的主要因素是u_s。当u_s和ψ_r垂直时，转矩响应速度最快。因此，在需要转矩快速响应时，应选择与ψ_r垂直或在与ψ_r垂直方向上有较大分量的电压矢量u_s。