D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.0L.019 第29卷第1期 北京科技大学学报 Vol.29 No.1 2007年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2007 一种减少永磁同步电机转矩脉动方法 张春梅刘贺平马保柱陈书锦汪芳君 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要对内埋式永磁同步电机直接转矩控制系统特性进行了深入研究·针对内埋式永磁同步电机直接转矩控制存在较大 脉动转矩的缺点，提出了一种新的永磁同步电机直接转矩控制策略。以减小转矩脉动为目标引入模糊逻辑思想，将磁链偏差 和磁链偏差的变化率进行了合理的模糊分级，模糊调节选择电压矢量和反电压矢量作用时间·这种方法可以保持恒定的开关 频率并有效地减小转矩脉动.为了获得高性能的无速度传感器内埋式永磁同步电机控制系统，设计了一种无速度传感器方 案·。最后，通过仿真验证了所提控制策略的有效性， 关键词永磁同步电机：模糊逻辑：直接转矩控制：转矩脉动 分类号TM921.5 直接转矩控制技术不需要解耦电机数学模型， 传统永磁同步电机直接转矩控制存在大的转矩 强调对电机转矩进行直接控制，用定子磁链代替转 脉动，没有一个逆变器开关矢量能够产生恰好的定 子磁链，具有响应速度快、对电机转子参数变化鲁棒 子电压，使该电压可以产生所期望的转矩和磁通变 性强和实现简单等优点，因而直接转矩控制自提出 化，因而直接转矩控制系统产生较大的转矩和磁链 便受到广泛关注，1996年ABB首次宣布了采用直 脉动，并且逆变器的开关周期不恒定，与在整个开 接转矩控制技术的商业产品，现在仍有大量研究在 关周期施加单一的一个电压矢量不同，如果该开关 努力提高直接转矩控制的性能， 周期的一部分时间施加这个电压矢量，其余时间施 永磁同步电动机在电动汽车等要求电机功率密 加反电压矢量，则转矩脉动会减少，这就是占空比控 度高、运行效率高的领域得到了快速发展和广泛应 制法，当占空比α在0~1之间变化时，逆变器在每 用，内埋式永磁同步电动机多采用以电流控制为核 一开关周期可以给电机施加0~Vc之间的任何幅 心的矢量控制方法，需要精确的转子位置，作为一 值电压·故和传统的受限开关状态DTC方法相比， 种在异步电机控制中提出和发展起来的新型控制方 增加了可供选择的空间电压矢量，文献[6]中提出 法，直接转矩控制(DTC)在永磁同步电动机中的应 了在线计算最优占空比算法，但是这种算法太复杂， 用研究近几年也取得了许多成果[2]. 耗费很大的计算资源，不易实现，本文提出一种控 直接转矩控制也有许多缺点：较大的磁链、转矩 制策略，即应用模糊逻辑控制来诚少转矩脉动，并给 脉动，变化的逆变器开关频率，低速时转矩和磁链控 出了此种方法的原理和波形图来说明这种控制策略 制困难.近年来有很多学者在努力减少转矩脉动和 的性能 提出具有固定开关频率的直接转矩控制策略，采用 多电平逆变器，可以有更多的电压矢量控制磁链与 1占空比控制 转矩获得期望的转矩3.但是，降低转矩脉动和 永磁同步电机直接转矩控制需要较少的传感器 得到固定开关频率的代价是增加系统成本和复杂 和对电机参数具有较强的鲁棒性，永磁同步电机在 性.文献[5]报道了另一种具有固定开关频率和低 转子坐标系下的数学模型为 转矩脉动直接转矩控制方案，但是转矩磁链控制需 ud Ra十pLa .「01 要两个PI调节器，它们需要合理整定PI调节器参 1) ld 数，而且PI调节器对参数、负载和速度的变化敏感， 其中，ua,g为d轴和q轴定子电压；ia,i为d轴 收稿日期：2005-11-26修回日期：2006-05-10 和g轴定子电流；R,为定子电阻，2；Ld,Lg为d轴 基金项目：自然科学基金项目资助项目(N。.60374032):北京市教委 和g轴电感；ω为转子角速度，rads1;T为电磁转 重点学科共建项目(No,00002268) 矩，Nm;①，④为定子和转子磁链 作者简介：张春梅(1968一)，女，博士研究生：刘贺平(1951一)男， 教授，博士生导师 对于隐极式永磁同步电机，La=L。=L,:
一种减少永磁同步电机转矩脉动方法 张春梅 刘贺平 马保柱 陈书锦 汪芳君 北京科技大学信息工程学院北京100083 摘 要 对内埋式永磁同步电机直接转矩控制系统特性进行了深入研究．针对内埋式永磁同步电机直接转矩控制存在较大 脉动转矩的缺点提出了一种新的永磁同步电机直接转矩控制策略．以减小转矩脉动为目标引入模糊逻辑思想将磁链偏差 和磁链偏差的变化率进行了合理的模糊分级模糊调节选择电压矢量和反电压矢量作用时间．这种方法可以保持恒定的开关 频率并有效地减小转矩脉动．为了获得高性能的无速度传感器内埋式永磁同步电机控制系统设计了一种无速度传感器方 案．最后通过仿真验证了所提控制策略的有效性． 关键词 永磁同步电机；模糊逻辑；直接转矩控制；转矩脉动 分类号 T M921∙5 收稿日期：20051126 修回日期：20060510 基金项目：自然科学基金项目资助项目（No．60374032）；北京市教委 重点学科共建项目（No．00002268） 作者简介：张春梅（1968—）女博士研究生；刘贺平（1951—）男 教授博士生导师 直接转矩控制技术不需要解耦电机数学模型 强调对电机转矩进行直接控制用定子磁链代替转 子磁链具有响应速度快、对电机转子参数变化鲁棒 性强和实现简单等优点因而直接转矩控制自提出 便受到广泛关注．1996年 ABB 首次宣布了采用直 接转矩控制技术的商业产品现在仍有大量研究在 努力提高直接转矩控制的性能． 永磁同步电动机在电动汽车等要求电机功率密 度高、运行效率高的领域得到了快速发展和广泛应 用．内埋式永磁同步电动机多采用以电流控制为核 心的矢量控制方法需要精确的转子位置．作为一 种在异步电机控制中提出和发展起来的新型控制方 法直接转矩控制（DTC）在永磁同步电动机中的应 用研究近几年也取得了许多成果［1—2］． 直接转矩控制也有许多缺点：较大的磁链、转矩 脉动变化的逆变器开关频率低速时转矩和磁链控 制困难．近年来有很多学者在努力减少转矩脉动和 提出具有固定开关频率的直接转矩控制策略．采用 多电平逆变器可以有更多的电压矢量控制磁链与 转矩获得期望的转矩［3—4］．但是降低转矩脉动和 得到固定开关频率的代价是增加系统成本和复杂 性．文献［5］报道了另一种具有固定开关频率和低 转矩脉动直接转矩控制方案但是转矩磁链控制需 要两个 PI 调节器它们需要合理整定 PI 调节器参 数而且 PI 调节器对参数、负载和速度的变化敏感． 传统永磁同步电机直接转矩控制存在大的转矩 脉动没有一个逆变器开关矢量能够产生恰好的定 子电压使该电压可以产生所期望的转矩和磁通变 化因而直接转矩控制系统产生较大的转矩和磁链 脉动并且逆变器的开关周期不恒定．与在整个开 关周期施加单一的一个电压矢量不同如果该开关 周期的一部分时间施加这个电压矢量其余时间施 加反电压矢量则转矩脉动会减少这就是占空比控 制法．当占空比 α在0～1之间变化时逆变器在每 一开关周期可以给电机施加0～ V DC之间的任何幅 值电压．故和传统的受限开关状态 DTC 方法相比 增加了可供选择的空间电压矢量．文献［6］中提出 了在线计算最优占空比算法但是这种算法太复杂 耗费很大的计算资源不易实现．本文提出一种控 制策略即应用模糊逻辑控制来减少转矩脉动并给 出了此种方法的原理和波形图来说明这种控制策略 的性能． 1 占空比控制 永磁同步电机直接转矩控制需要较少的传感器 和对电机参数具有较强的鲁棒性．永磁同步电机在 转子坐标系下的数学模型为： ud uq ＝ Rs＋ pL d —ωLq ωL d Rs＋ pLq id iq ＋ 0 ω●f （1） 其中uduq 为 d 轴和 q 轴定子电压；idiq 为 d 轴 和 q 轴定子电流；Rs 为定子电阻Ω；L dLq 为 d 轴 和 q 轴电感；ω为转子角速度rad·s —1 ；T 为电磁转 矩N·m；ΦsΦf 为定子和转子磁链． 对于隐极式永磁同步电机L d＝ Lq＝ Ls 第29卷 第1期 2007年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．1 Jan．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．01．019
第1期 张春梅等：一种减少永磁同步电机转矩脉动方法 ,87 制-[习+ (2) 开关选 择逻辑 因为x轴固定在定子磁链上，所以9，=0.由式(2) 可解y为： (3) 磁链转 矩模型 由此得： T=号pl色川lsn-多士p色n 图1PMSM模糊逻辑DTC系统框图 Fig.1 Block scheme of the novel fuzzy DTC (4) 电磁转矩的微分为： 2模糊逻辑实现 l。=pIAa6 d (5) 2.1系统控制方案 如果δ在[一π/2，π/2]范围内变化，方程(5)的 模糊永磁同步电机直接转矩控制在常规永磁同 右边总是正的，这表明电磁转矩正比于定转子磁链 步电机直接转矩控制系统基础上，增加了模糊逻辑 之间的角度δ.因此在保持定子磁链幅值恒定的同 控制器，模糊控制器输出为占空比，根据磁链的偏 时，通过改变定子磁链旋转速度和方向就可瞬时调 差和磁链偏差变化率模糊调节所选择的电压矢量和 整δ，实现转矩的动态控制，这正是永磁同步电机直 反电压矢量作用时间， 接转矩控制的基本思想， 模糊控制器以磁链误差T。、磁链误差变化率 对于内埋式永磁同步电机，L≠Lg,电磁转矩 △T。作为输入，控制量α作为输出变量，在磁链误 方程为： 差论域上定义了五个模糊语言变量，负大(NB),负 T= 3p2[24L,in0-(L,-La)sin28](6) 小(NS),零(Z0),正小(PS),正大(PB)·在磁链误 差变化率论域上定义了七个模糊子集{负大(NB), 由此得电磁转矩的微分为： 负中(NM),负小(NS),零(ZE),正小(PS),正中 l流p4m6-9,-wm2 (PM),正大(PB)}.在控制量误差论域上定义了七 个模糊子集{零(ZE),非常小(VS),小(S),正小 (7) (SB),中大(MB),大(B),非常大(VB)},模糊控制 可以求得满足 dt l,=o >0的条件是中< 规则如表1所示，对应于转矩误差非常大，有七条 ,令l 规则，总的规则数为49.输入变量隶属度函数选对 =O,可以求出极值所对应的最 称、均匀分布、全交迭的三角形隶属度函数，如图2 大负载角： 所示. 表1模糊控制规则 Table 1 Fwzy rules Omax-cos (8) P. △中. 其中，B=L,一id 上中也就是说为保证系统稳定应 NB NM NS ZE PS PM PB NB VB VB VB B SB ZE 有0≤dmax NM VB VB B MB MB VS 在永磁同步电机直接转矩控制中，通过开关表 NS VB MB B B VS VS 来控制定子和转子之间磁链角的微分，选择合适的 ZE SB MB ZE MB SB 电压矢量控制电磁转矩在给定转矩上下变化，可以 PS VS VS B MB VB 控制每个开关周期正、反电压矢量的作用时间来降 PM VS MB MB B VB VB 低逆变器的开关频率和减少转矩脉动，图1为采用 PB ZE SB B VB VB VB 模糊逻辑控制正反矢量作用时间的永磁同步电机直 接转矩控制系统框图. 模糊控制器的控制规则可由Φ。，△④。和u描 述，第i条规则可写成B:
●x ●y ＝ Ls 0 0 Ls ix iy ＋φf cosδ —sinδ （2） 因为 x 轴固定在定子磁链上所以 φy＝0．由式（2） 可解 iy 为： iy＝ 1 Ls ●fsinδ （3） 由此得： T＝ 3 2 1 Ls p｜●s｜｜●f｜sinδ＝ 3 2 1 Ls p｜●s｜●fsinδ · t （4） 电磁转矩的微分为： d T d t t＝0 ＝ 3 2 1 Ls p｜●s｜●fδ · cosδ （5） 如果 δ在［—π／2π／2］范围内变化方程（5）的 右边总是正的．这表明电磁转矩正比于定转子磁链 之间的角度 δ．因此在保持定子磁链幅值恒定的同 时通过改变定子磁链旋转速度和方向就可瞬时调 整 δ实现转矩的动态控制这正是永磁同步电机直 接转矩控制的基本思想． 对于内埋式永磁同步电机L d≠ Lq电磁转矩 方程为： T＝ 3p●s 4L dLq ［2●f Lqsinδ—●s（ Lq— L d）sin2δ］ （6） 由此得电磁转矩的微分为： d T dt t＝0 ＝ 3p●s 4LdLq ［2●f Lqcosδ—2●s（Lq—Ld）cos2δ］ dδ dt （7） 可 以 求 得 满 足 d T d t t＝0 ＞0 的 条 件 是 ●s ＜ L d Lq— L d ●f．令 d T d t t＝0 ＝0可以求出极值所对应的最 大负载角： δmax＝cos —1 B ●s — B ●s 2 ＋8 4 （8） 其中B＝ Lq Lq— L d ●f．也就是说为保证系统稳定应 有 δ≤δmax． 在永磁同步电机直接转矩控制中通过开关表 来控制定子和转子之间磁链角的微分选择合适的 电压矢量控制电磁转矩在给定转矩上下变化可以 控制每个开关周期正、反电压矢量的作用时间来降 低逆变器的开关频率和减少转矩脉动．图1为采用 模糊逻辑控制正反矢量作用时间的永磁同步电机直 接转矩控制系统框图． 图1 PMSM 模糊逻辑 DTC 系统框图 Fig．1 Block scheme of the novel fuzzy DTC 2 模糊逻辑实现 2∙1 系统控制方案 模糊永磁同步电机直接转矩控制在常规永磁同 步电机直接转矩控制系统基础上增加了模糊逻辑 控制器．模糊控制器输出为占空比根据磁链的偏 差和磁链偏差变化率模糊调节所选择的电压矢量和 反电压矢量作用时间． 模糊控制器以磁链误差 Te、磁链误差变化率 ΔTe 作为输入控制量 α作为输出变量．在磁链误 差论域上定义了五个模糊语言变量负大（NB）负 小（NS）零（ZO）正小（PS）正大（PB）．在磁链误 差变化率论域上定义了七个模糊子集｛负大（NB） 负中（NM）负小（NS）零（ZE）正小（PS）正中 （PM）正大（PB）｝．在控制量误差论域上定义了七 个模糊子集｛零（ZE）非常小（VS）小（S ）正小 （SB）中大（MB）大（B）非常大（VB）｝．模糊控制 规则如表1所示．对应于转矩误差非常大有七条 规则总的规则数为49．输入变量隶属度函数选对 称、均匀分布、全交迭的三角形隶属度函数如图2 所示． 表1 模糊控制规则 Table1 Fuzzy rules ΔΦe Φe NB NM NS ZE PS PM PB NB VB VB VB B SB S ZE NM VB VB B MB MB S VS NS VB MB B B VS S VS ZE S SB MB ZE MB SB S PS VS S VS B B MB VB PM VS S MB MB B VB VB PB ZE S SB B VB VB VB 模糊控制器的控制规则可由 ΦeΔΦe 和 u 描 述第 i 条规则可写成 Ri： 第1期 张春梅等： 一种减少永磁同步电机转矩脉动方法 ·87·
·88 北京科技大学学报 第29卷 NB NM NS 7 PB 2,2无速度传感器方案 当电机稳态运行时，永磁同步电机定子旋转速 001 度与转子旋转速度相等，即，=，·在转子坐标系 噬链误差/Wb 中有： de d 中 图2△中.的隶属度函数分布 de dil arctan (13) Fig-2 Membership distribution of fuzy variables A ,中-中也 (14) IfΦ。isA:and△Φ.isB:then a is D:(9) 的+好 其中，A,B,D:分别属于④。，△重。和Q模糊子 中a=ua一iaR, (15) 集 利用Mamdani模糊推理方法，得出第i条控制 中g=山g一igR (16) 决策为： 可得转子速度为： μ'D:(n)=min(a,D:(n) (10) w,=山，-iB,)(uiak)边 十 (17) =min(Ai(Te),PBi(ATe)) (11) 采用低通滤波器可以去掉由于电流和电压微 式中，A:(Te),B:(△Te),D:(n)是模糊变量 分、噪音引起的高频脉动 ④。，△④。，a的模糊子集A,B和D的隶属度函数 2.3仿真实验 集，=1~5.所以模糊控制变量α的隶属度“。为： 为了验证本文所提出方案的正确性，对图1所 25 Ex(a)=max(D:(n)) (12) 示的模糊逻辑永磁同步电机直接转矩控制系统进行 模糊集的个数多，模糊控制器的灵敏度好，在 了大量的仿真研究，仿真实验所用的永磁同步电机 隶属度函数全交迭时，一般情况下，对于每个输入 参数如表2，仿真中，定子磁链保持恒定，为 (④0，△④0)都会同时激活四条规则，总的输出是这 0.553Wb,电磁转矩给定在t=0.05s时，由8Nm 四条规则的加权平均，这种并行机制是模糊控制器 变为6Nm,采样时间为100s.图4(a)所示为传统 鲁棒性强的内因.选欠交迭隶属度函数会减弱模糊 永磁同步电机直接转矩控制系统的电磁转矩随时间 控制器的鲁棒性，为增强鲁棒性，控制变量α的隶 变化的动态响应曲线，图4(b)所示为采用模糊逻辑 属度函数选对称、均匀分布、全交迭的三角形隶属度 的永磁同步电机直接转矩控制系统的电磁转矩随时 函数，控制变量α的隶属度函数分布如图3所示， 间变化的动态响应曲线，从图中看出，电磁转矩脉 动明显减少.图5所示为定子磁链轨迹和定子电流 ZE SB MB VB 响应曲线.从图中看出，定子磁链非常接近圆.图6 表2永磁同步电机参数 0.25 0.50 Table 2 Parameters of the permanent magnet synchronous motor 控制变量 极对电柩电磁链，d轴电感，g轴电感，额定功率，额定电压， 图3a的隶属度函数分布 数，p阻，R/0/WbL/mHL,/mHP/WUN Fig.3 Membership distribution of fuzy variable a 42.87500.55344.8102.71000132 10 10 (a) (b) 6 6 4 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.05 0.10 0.15 020 时间s 时间s 图4转矩响应曲线.(a)为传统DTC,(b)为模糊逻辑DTC Fig.4 Torgue under the basic DTC (a)and the modified DTC (b)
图2 ΔΦe 的隶属度函数分布 Fig．2 Membership distribution of fuzzy variables ΔΦe If Φe is A i and ΔΦe is Bi then αis Di （9） 其中A iBiDi 分别属于 ΦeΔΦe 和 α模糊子 集． 利用 Mamdani 模糊推理方法得出第 i 条控制 决策为： μ′Di（ n）＝min（αIμDi（ n）） （10） αI＝min（μA i（ Te）μBi（ΔTe）） （11） 式中μA i （ Te）μBi （ΔTe）μDi （ n）是模糊变量 ΦeΔΦeα的模糊子集 AB 和 D 的隶属度函数 集i＝1～5．所以模糊控制变量 α的隶属度μα为： μN（α）＝max 25 i＝1 （μ′Di（ n）） （12） 模糊集的个数多模糊控制器的灵敏度好．在 隶属度函数全交迭时一般情况下对于每个输入 （Φe0ΔΦe0）都会同时激活四条规则总的输出是这 四条规则的加权平均．这种并行机制是模糊控制器 鲁棒性强的内因．选欠交迭隶属度函数会减弱模糊 控制器的鲁棒性．为增强鲁棒性控制变量 α的隶 属度函数选对称、均匀分布、全交迭的三角形隶属度 函数．控制变量 α的隶属度函数分布如图3所示． 图3 α的隶属度函数分布 Fig．3 Membership distribution of fuzy variable α 2∙2 无速度传感器方案 当电机稳态运行时永磁同步电机定子旋转速 度与转子旋转速度相等即 ωs＝ωr．在转子坐标系 中有： ωr＝ dθs d t ＝ d d t arctan ●q ●d （13） ＝ ● · q●d—● · d●q ●2 d＋●2 q （14） ● · d＝ ud— idRs （15） ● · q＝ uq— iqRs （16） 可得转子速度为： ωr＝ （ uq— iqRs）●d—（ ud— idRs）●q ●2 d＋●2 q （17） 采用低通滤波器可以去掉由于电流和电压微 分、噪音引起的高频脉动． 2∙3 仿真实验 为了验证本文所提出方案的正确性对图1所 示的模糊逻辑永磁同步电机直接转矩控制系统进行 了大量的仿真研究仿真实验所用的永磁同步电机 参数 如 表 2．仿 真 中定 子 磁 链 保 持 恒 定为 0∙553Wb电磁转矩给定在 t＝0∙05s 时由8N·m 变为6N·m采样时间为100μs．图4（a）所示为传统 永磁同步电机直接转矩控制系统的电磁转矩随时间 变化的动态响应曲线图4（b）所示为采用模糊逻辑 的永磁同步电机直接转矩控制系统的电磁转矩随时 间变化的动态响应曲线．从图中看出电磁转矩脉 动明显减少．图5所示为定子磁链轨迹和定子电流 响应曲线．从图中看出定子磁链非常接近圆．图6 表2 永磁同步电机参数 Table2 Parameters of the permanent magnet synchronous motor 极对 数p 电枢电 阻Rs／Ω 磁链 ●f／Wb d 轴电感 L d／mH q 轴电感 L q／mH 额定功率 Pe／W 额定电压 Ue／V 4 2∙8750 0∙553 44∙8 102∙7 1000 132 图4 转矩响应曲线．（a） 为传统 DTC（b） 为模糊逻辑 DTC Fig．4 Torgue under the basic DTC （a） and the modified DTC （b） ·88· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第1期 张春梅等：一种减少永磁同步电机转矩脉动方法 .89. 0.6(a) (b) 02 0.2 0.4 -0.6 0.6 -0.20.2 0.6 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 磁链Wb 时间s 图5磁链轨迹()和电流响应曲线(b) Fig.5 Flux (a)and current waveforms (b) 800 800 (a) (b) 700 700 600 600 500n 0吗A 0.5 0.6 0.7 0.8 0.5 0.6 0.7 0.8 时间s 时间3 图6系统速度响应·(a)为实际速度，(b)为估计转速 Fig.6 The measured speed (a)and estimated speed (b) 所示为转速给定由500rmin变到700rmin时 [3]Tan Z,Li Y.Li M.A direct torque control of induction motor 无速度传感器系统的实际转速和估计转速， based on threedevel inverter//Proe IEEE PESC.2001:1435 [4]Martins C.Roboam X.Meynard T A.Caryalho A S.Switching 3结论 frequency imposition and ripple reduction in DTC drives by using a multilevel converter.IEEE Trans Power Electron.2002.17(2): 本文提出一种新的无速度传感器永磁同步电机 286 模糊逻辑直接转矩控制系统，可以有效地减少转矩 [5]Lai YS.A new approach to direet torque control of induction mo- 脉动并保持恒定的开关频率（特别是在低速的时 tor drives for constant inverter switching frequency and torque rip- 候)，控制输出转矩和限制开关频率的变化，新的模 ple reduction.IEEE Trans Energy Convers.2001.16(3):220 [6]Kang J,Sul S.New direct torque control of induction motor for 糊逻辑直接转矩控制策略介绍了一种两状态（传统 minimum torque ripple and constant switching frequency.IEEE 方法选择的有效矢量和反电压矢量)调节方法，并在 Tras1 nd Appl,1999,35(5):1076 每一采样周期计算最优占空比·仿真结果验证了所 [7]Mir S,Elbuluk M E.Precision torque control in inverter fed in- 提控制策略的有效性， duction machines using fwzy logic//Proe IEEE PESC 95,1995 396 参考文献 [8]Romeral L.Arias A,Aldabas E.et al.Novel direct torque con- trol (DTC)scheme with fuzzy adaptive torque ripple reduction [1]Zhong L.Raham M F.Hu W Y,et al.Direet torque controller IEEE Trans Ind Electron.2003.50(3):487 for permanent magnet synchronous motor drives.IEEE Trans Energy Convers,1999,14(3):637 [9]Telford D.Dunnigan M W.Williams B W.A novel torque-ripple [2]Tang L X,Zhong L M,Rahman M F,et al.A novel direct reduction strategy for direet torque control.IEEETrans Ind Elec- ton.2001,48(4):867 torque control for interior permanent"magnet synchronous motor [10]张春梅，刘贺平，王玉锋.基于径向基函数网络的永磁同步电 drive with low ripple in torque and flux a speed-sensorless ap 机直接转矩控制.控制与决策，2005,20(7)：803 proach.IEEE Trans Ind Appl.2003.39(6):1748 (下转第106页)
图5 磁链轨迹（a）和电流响应曲线（b） Fig．5 Flux （a） and current waveforms （b） 图6 系统速度响应．（a） 为实际速度（b） 为估计转速 Fig．6 The measured speed （a） and estimated speed （b） 所示为转速给定由500r·min —1变到700r·min —1时 无速度传感器系统的实际转速和估计转速． 3 结论 本文提出一种新的无速度传感器永磁同步电机 模糊逻辑直接转矩控制系统可以有效地减少转矩 脉动并保持恒定的开关频率（特别是在低速的时 候）控制输出转矩和限制开关频率的变化．新的模 糊逻辑直接转矩控制策略介绍了一种两状态（传统 方法选择的有效矢量和反电压矢量）调节方法并在 每一采样周期计算最优占空比．仿真结果验证了所 提控制策略的有效性． 参 考 文 献 ［1］ Zhong LRaham M FHu W Yet al．Direct torque controller for permanent magnet synchronous motor drives．IEEE Trans Energy Convers199914（3）：637 ［2］ Tang L XZhong L MRahman M Fet al．A novel direct torque control for interior permanent-magnet synchronous motor drive with low ripple in torque and flux-a speed-sensorless approach．IEEE Trans Ind Appl200339（6）：1748 ［3］ Tan ZLi YLi M．A direct torque control of induction motor based on three-level inverter∥Proc IEEE PESC2001：1435 ［4］ Martins CRoboam XMeynard T ACaryalho A S．Switching frequency imposition and ripple reduction in DTC drives by using a multilevel converter．IEEE Trans Power Electron200217（2）： 286 ［5］ Lai Y S．A new approach to direct torque control of induction motor drives for constant inverter switching frequency and torque ripple reduction．IEEE Trans Energy Convers200116（3）：220 ［6］ Kang JSul S．New direct torque control of induction motor for minimum torque ripple and constant switching frequency．IEEE Trans Ind Appl199935（5）：1076 ［7］ Mir SElbuluk M E．Precision torque control in inverter-fed induction machines using fuzzy logic∥Proc IEEE PESCʾ951995： 396 ［8］ Romeral LArias AAldabas Eet al．Novel direct torque control （DTC） scheme with fuzzy adaptive torque-ripple reduction． IEEE Trans Ind Electron200350（3）：487 ［9］ Telford DDunnigan M WWilliams B W．A novel torque-ripple reduction strategy for direct torque control．IEEE Trans Ind Electron200148（4）：867 ［10］ 张春梅刘贺平王玉锋．基于径向基函数网络的永磁同步电 机直接转矩控制．控制与决策200520（7）：803 （下转第106页） 第1期 张春梅等： 一种减少永磁同步电机转矩脉动方法 ·89·
.106, 北京科技大学学报 第29卷 Simulation of Chinese characters learning with improved multi SOM net work DU Dapeng,MU Zhichun,CHEN Jing,FANG Xin Information Engineering School.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACI In order to simulate the Chinese character acquisition process,this paper set up a multilayer self- organizing maps(SOM)network model based on improved Kohonen network.The model's output maps, w hich adapt modified algorithm and expand neuron's neighborhood,were connected via associative links updated by Hebbian learning.After training the model could learn Chinese character architecture successfully and also do well in Chinese character component recognition.The simulation results demonstrated that the feasibility of fur- ther research in Chinese character acquisition and even Chinese language learning with this model was possible. KEY WORDS SOM network;multilayer;Chinese character learning;Chinese character architecture;Chinese character components (上接第89页) Torque ripple minimization in direct torque control of a permanent magnet syn chronous motor ZHA NG Chunmei,LIU Heping,MA Baozhu,CHEN Shujin,WANG Fangjun Information Engineering School.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT The basic theory of direct torque control (DTC)for interior permanent magnet synchronous mo- tors (IPMSM)was studied.A new approach to direct torque control of an interior permanent magnet syn- chronous motor was presented to decrease torque ripple.In order to improve the static and dynamic performance of the system,a fuzzy logic idea was introduced into the system.In the fuzzy direct torque control system,the flux error and the flux error change were both properly divided into several fuzzy subsets.The acting time of the selected voltage vector and reverse voltage vector were modulated based on fuzzy inference.A speed estimation scheme was integrated with the proposed DTC scheme in order to achieve a fully sensorless high performance IPMSM drive.The scheme not only maintains constant switching frequency,but also reduces torque ripple, particularly at low speed.Simulation illustrates the operation and performance of the proposed fuzzy-logic-based controller. KEY WORDS permanent magnet synchronous motor:fuzzy logic;direct torque control;torque ripple
Simulation of Chinese characters learning with improved mult-i SOM network DU DapengMU ZhichunCHEN JingFA NG Xin Information Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT In order to simulate the Chinese character acquisition processthis paper set up a multilayer selforganizing maps （SOM） network model based on improved Kohonen network．The model’s output maps which adapt modified algorithm and expand neuron’s neighborhoodwere connected via associative links updated by Hebbian learning．After training the model could learn Chinese character architecture successfully and also do well in Chinese character component recognition．The simulation results demonstrated that the feasibility of further research in Chinese character acquisition and even Chinese language learning with this model was possible． KEY WORDS SOM network；multilayer；Chinese character learning；Chinese character architecture；Chinese character components （上接第89页） Torque ripple minimization in direct torque control of a permanent magnet synchronous motor ZHA NG ChunmeiLIU HepingMA Baoz huCHEN ShujinWA NG Fangjun Information Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT The basic theory of direct torque control （DTC） for interior permanent magnet synchronous motors （IPMSM） was studied．A new approach to direct torque control of an interior permanent magnet synchronous motor was presented to decrease torque ripple．In order to improve the static and dynamic performance of the systema fuzzy logic idea was introduced into the system．In the fuzzy direct torque control systemthe flux error and the flux error change were both properly divided into several fuzzy subsets．The acting time of the selected voltage vector and reverse voltage vector were modulated based on fuzzy inference．A speed estimation scheme was integrated with the proposed DTC scheme in order to achieve a fully sensorless high-performance IPMSM drive．The scheme not only maintains constant switching frequencybut also reduces torque ripple particularly at low speed．Simulation illustrates the operation and performance of the proposed fuzzy-logic-based controller． KEY WORDS permanent magnet synchronous motor；fuzzy logic；direct torque control；torque ripple ·106· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷