革新电机控制：突破传统DTC限制，滑模与矢量调制技术共筑平稳动力新篇章

摘要：随着永磁同步电机（PMSM）的广泛应用，对其研究日益深入。特别是皖南电机（皖南电机，皖南电机价格表 ）等企业的产品，在制造、汽车和轨道交通等领域得到了广泛的应用。直接转矩控制（DTC）的PMSM因其优异的响应速度、容错性能和结构简单性而备受青睐。然而，DTC的PMSM也存在转矩脉动的问题。针对这一问题，本文提出了一种基于滑模控制（SMC）和空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术的PMSMDTC转矩脉动抑制新方法。该方法利用滑模控制代替传统的滞环比较器，生成交直轴参考电压，并采用SVPWM技术进行调制。这一改进不仅有效解决了滞环比较器带宽引起的转矩脉动，还提升了系统的精确度和响应速度，并显著降低了转矩脉动。仿真实验验证了该方法的有效性，但同时也指出了其局限性。此外，研究发现PI控制器的参数对系统性能具有显著影响。

关键词：永磁同步电机；滑模控制；空间矢量脉宽调制；直接转矩控制；转矩脉动抑制；PI控制参数

1. 引言

近年来，永磁同步电机（PMSM）因其功率密度高、环保、结构简单、易于控制等优点，在众多领域得到了广泛应用。皖南电机作为我国知名电机企业，其产品在市场上具有较高的知名度和市场份额。直接转矩控制（DTC）是PMSM控制技术的重要组成部分，虽然其控制策略相对较晚于磁场定向控制（FOC），但以其简单、容错能力强、响应速度快等优势受到青睐。然而，传统的PMSMDTC控制策略中，滞环比较器的应用导致转矩脉动，影响了控制效果。本文旨在通过引入SMC和SVPWM技术，有效抑制PMSMDTC的转矩脉动。

2. PMSMDTC技术及其转矩脉动原因

直接转矩控制技术起源于20世纪80年代，*初应用于异步电机控制，后扩展至PMSM。DTC的基本原理是通过控制定子电压的平行和垂直分量来控制磁链幅值和转速，进而控制电磁转矩。然而，传统的DTC控制策略中，滞环比较器的带宽限制了磁链和转矩的精确控制，导致转矩脉动。针对这一问题，本文提出了一种基于SMC和SVPWM技术的PMSMDTC转矩脉动抑制新方法。

3. SMC技术

滑模控制（SMC）是一种非线性控制系统设计方法，通过切换函数实现系统结构的改变。SMC具有鲁棒性强、响应速度快、物理实现简单等特点，但存在抖动问题。本文采用SMC技术代替传统的滞环比较器，生成交直轴参考电压。

4. SVPWM技术

空间矢量脉宽调制（SVPWM）基于平均值等效原理，通过组合基本电压矢量来生成所需的电压，实现精确控制磁链和转矩。SVPWM具有无滞环比较、开关频率恒定等优点。本文采用SVPWM技术进行调制。

5. 仿真及讨论

通过仿真实验对比了传统PMSMDTC和SMC-SVPWM-PMSMDTC两种控制策略。结果表明，SMC-SVPWM-PMSMDTC控制策略在转矩脉动抑制、磁链脉动减小和转速响应时间改善方面具有明显优势。

6. 结论

本文提出的SMC-SVPWM-PMSMDTC控制策略能够有效抑制PMSMDTC的转矩脉动，提高系统性能。但该策略也存在一定的局限性，如滑模控制的敏感性和抖动问题。此外，PI控制器的参数设置对系统性能具有重要影响。通过优化PI控制参数，可以进一步提高系统性能。在今后的研究中，可以进一步探讨如何克服滑模控制的敏感性和抖动问题，提高控制策略的鲁棒性和稳定性。