永磁同步電動機矢量控制

1、永磁同步電動機矢量控制隨著高性能永磁材料、技術(shù)、大規(guī)模和計算機技術(shù)的進展，永磁同步電機(pmsm)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，在數(shù)控機床，等高精度控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。因為對電機控制性能的要求越來越高，永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高動態(tài)性能、大范圍的調(diào)速或定位控制，永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)的討論已成為中小容量溝通伺服系統(tǒng)討論的重點之一，如何建立有效的模型越來受到人們的關(guān)注。本文在分析永磁同步電機數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，用matlab語言中的simulink和power system b1ock模塊建立了控制系統(tǒng)的仿真模型，對得出的仿真結(jié)果舉行了分析。1 永磁同步電機數(shù)學(xué)模型永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型

2、基于以下假設(shè)：(1)忽視飽和、渦流、磁滯效應(yīng)的影響；(2)電機的為對稱的三相正弦波電流：(3)永磁體磁動勢叵定，即等效的勵磁電流恒定不變；(4)三相定子繞組在空間呈對稱星形分布，定子各繞組的電樞電樞相等；永磁同步是溝通同步調(diào)速系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)，分析其數(shù)學(xué)模型對掌握其調(diào)速特性尤為重要。取轉(zhuǎn)子永磁體基波勵磁磁場軸線為d軸，q軸順著旋轉(zhuǎn)方向超前d軸90度電角度，dq軸系伴同轉(zhuǎn)子以角速度r一道旋轉(zhuǎn)，它的空間坐標以d軸與參考軸間的電角度r來表示，則抱負永磁同步電機在dq旋轉(zhuǎn)坐標系中的數(shù)學(xué)模型可以寫成如下形式：按照數(shù)學(xué)模型用simulink建立了永磁同步電機的模塊21所示：2 永磁同步電機溝通伺服系統(tǒng)控制原

3、理由上式可以看出，永磁同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩基本上取決于定子電流在q軸上的重量。因為永磁同步電機的轉(zhuǎn)子磁鏈恒定不變，所以普遍采納按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制，控制的實質(zhì)就是通過對定子電流的控制來實現(xiàn)溝通永磁同步電動機的轉(zhuǎn)矩控制。轉(zhuǎn)速在基速以下時，在定子電流給定的狀況下，控制id=0可以更有效的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，這時電磁轉(zhuǎn)矩tem=pniqr，可見電磁轉(zhuǎn)矩就隨著iq的變幻而變幻，這種控制辦法最為容易。然而轉(zhuǎn)速在基速以上時，由于永遠磁鐵的勵磁磁鏈為常數(shù)，電機感應(yīng)電動勢隨著電機轉(zhuǎn)速成正比例的增強。電動機感應(yīng)也跟著提高，但是又要受到與電機端相連的的電壓上限的限制。在實際控制中，系統(tǒng)檢測到的是流入電機的三相定子電流，所

4、以必需舉行坐標變換，把三相定予坐標上的電流重量經(jīng)park，clarke變換成轉(zhuǎn)子坐標系上的電流重量。要實現(xiàn)定子坐標系到轉(zhuǎn)子坐標系的變換必需在控制中實時檢測電機轉(zhuǎn)子的位置，常用的轉(zhuǎn)子位置檢測有增量式光電，肯定式光電編碼器和旋轉(zhuǎn)。位置信號命令與檢測到的轉(zhuǎn)子位置相比較，經(jīng)過位置控制器的調(diào)節(jié)，輸出速度命令信號，速度命令信號與檢測到的轉(zhuǎn)子速度信號相比較，經(jīng)速度調(diào)整器的調(diào)整，輸出控制轉(zhuǎn)矩的電流重量i*q，電流重量給定信號與經(jīng)過坐標變換的電機實際電流重量比較，通過電流控制器計算，其輸出量經(jīng)反park變換用于計算產(chǎn)生驅(qū)動，產(chǎn)生可變頻率和幅值的三相正弦電流輸入電機定子，驅(qū)動電機工作。3 系統(tǒng)仿真圖41三相永磁同

5、步電機矢量控制仿真框圖基于轉(zhuǎn)子磁場定向的三相pmsm矢量控制系統(tǒng)仿真框圖41所示。圖中pi模塊為速度環(huán)pi控制器，按照電機實際速度及給定速度來確定電流轉(zhuǎn)矩重量；pwm模塊采納電流滯環(huán)控制(42)，使電機實際電流尾隨給定電流變幻，詳細實現(xiàn)43；模塊dq2abc實現(xiàn)2r3s變換，詳細實現(xiàn)44，其中函數(shù)模塊fcn、fcnl和fcn2一起實現(xiàn)2r3s變換；mmd模塊為電機測量模塊，它實時測量電機的速度、電流、轉(zhuǎn)子位置等信號：pmsm模塊為matlab提供了永磁同步電機模型，它的詳細實現(xiàn)21。4 仿真圖形及結(jié)果分析仿真中用到的電機參數(shù)如下：定子電阻為2875，定子直軸電感和交軸電感都為85e一3h，永磁磁極與定子繞組交鏈的磁鏈為0175wb，轉(zhuǎn)動慣量08e一3kgm2，極對數(shù)6，給定轉(zhuǎn)速為r=500rpm，在t=003s時，負載轉(zhuǎn)矩由onm突變?yōu)?nm，見圖(51)。由上述仿真結(jié)果可知，一般三相永磁同步電機采納基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制計劃，且速度外環(huán)采納pi控制時，速度響應(yīng)過程中有一定超調(diào)見圖(52)。當突加負載時，速度立刻下降，然后逐漸復(fù)原穩(wěn)定見圖(53)：若在速度外環(huán)采納pid控制，即在速度外環(huán)加一個小的微分環(huán)節(jié)d并適當降低比例放大系數(shù)p，可有效降低超調(diào)量，并且縮短電機啟動和突加負載時電機到達穩(wěn)態(tài)的時光。交軸實際電流始終跟蹤交軸給定電流見圖(55)，且啟動過程中和突