無刷雙饋電機解耦補償控制策略

段琦瑋

摘 ?要：針對無刷雙饋電機矢量控制策略里轉速環和無功功率控制環耦合較大的問題，提出了具有解耦補償的矢量控制策略。此控制策略基于功率繞組電壓定向坐標系，可以對電機轉速和無功功率實現解耦獨立控制，同時避免了定子磁鏈的計算。通過搭建的實驗平臺進行了變速調頻實驗研究，證明了所提出的控制方法具有良好的動態性能和解耦補償能力。

關鍵詞：無刷雙饋電機;解耦補償控制;無功功率控制;定子電壓定向

中圖分類號：TP391.9 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）25-0014-03

Abstract： A Compensation Decoupling Control scheme is proposed for the Brushless Doubly-Fed Machine （BDFM） based on the PW（Power Windings，PW） voltage oriented generalized vector model for the coupling between the speed control loop and the reactive power control loop. The control scheme can realize the decoupling control of speed and reactive power and avoid the calculation of the stator flux-linage. An experimental platform has been built， and experimental results show that the proposed controller has good performance and good decoupling performance.

Keywords： brushless doubly fed machine （BDFM）;compensation decoupling control;reactive power control;stator-voltage-oriented

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無刷雙饋電機目前有多種控制算法，其中矢量控制算法是研究最廣泛的控制策略，但由于其轉速控制環和無功功率控制環具有較大的耦合性，因此電機的矢量控制策略效果不理想[1-4]。本文基于無刷雙饋電機功率繞組電壓定向模型的研究，給出了轉速環和無功功率環的耦合方程，以此提出了具有耦合補償模塊的解耦補償控制策略。在電機拖動實驗平臺上進行實驗驗證，實驗結果表明了控制策略有較好動態效果，同時轉速控制環和無功功率控制環有較好的解耦效果。

1 解耦補償控制策略分析

可知，轉速ωr可由控制繞組d軸電壓Vd2控制，同時擾動Dd中含有控制繞組q軸電流Iq2;無功功率可由控制繞組q軸電壓Vq2控制，同時擾動Dq中含有控制繞組d軸電流Id2，因此Hd、Hq可作為解耦補償模塊。解耦補償控制策略原理圖如圖1所示。

2 試驗驗證

搭建了變頻調速試驗平臺進行試驗驗證。試驗樣機的參數如下：功率繞組的額定功率為15kW，額定電壓為380V，額定電流為30A，轉動阻尼系數取為0，額定負載為318N·m。試驗所用控制器件為兩塊DSP控制板（TMS320F28335），分別控制網側逆變器和機側逆變器。一臺直流電機跟無刷雙饋樣機通過聯軸器連接以提供所需負載轉矩。轉速跟轉子位置角由增量式編碼器測定。功率繞組的電壓位置角由鎖相環（PLL）得到。

2.1 轉速變化響應

圖2所示為電機負載為5N·m，轉速在600r/min（同步轉速）、720r/min（超同步轉速）、480r/min（亞同步轉速）間變化，控制繞組最大電壓頻率為10Hz，無功功率給定值為0時的響應曲線。可知當轉速變化時，無功功率有一定脈動，但很快變為0，表明控制策略有較好的魯棒性，較好地實現了轉速控制環對無功功率控制環的解耦。

2.2 負載變化響應

圖3所示為負載變化，轉速給定值674 r/min，無功功率給定值為0時的實驗結果。電機負載從5N·m變為102N·m，后又降為5N·m。實驗結果可知電機負載變化時，轉速和無功功率有一定脈動后可以很快變為參考值，表明了控制策略有較快響應速度。

2.3 無功功率變化響應

圖3所示為電機轉速為674r/min，負載為5N·m，無功功率在-500Var到4000Var再到-500Var間變化時的響應曲線。可知當無功功率變化時，轉速基本保持不變，表明控制策略有良好的魯棒性，基本實現了無功功率控制環對轉速控制環的解耦。

3 結束語

本文在無刷雙饋電機功率繞組電壓定向模型的基礎上提出了解耦補償的矢量控制策略，并給出了詳細的理論推導。控制策略不需要電機參數，避免了復雜的電機磁鏈的計算，并針對轉速環和無功功率環的耦合加入了補償模塊。試驗結果表明了控制策略有較好的動態性能，并且基本實現了轉速環和無功功率環的解耦控制。

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