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永磁同步電動機(jī)矢量控制

作者: 時間:2009-04-09 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

0 引言
隨著高性能材料、電力電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,電機(jī)(PMSM)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,在數(shù)控機(jī)床,機(jī)器人等高精度領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于對電機(jī)性能的要求越來越高,電機(jī)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,永磁電機(jī)控制系統(tǒng)的研究已成為中小容量交流伺服系統(tǒng)研究的重點之一,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(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,用語言中的Simulink和Power System B1ock模塊建立了控制系統(tǒng)的模型,對得出的結(jié)果進(jìn)行了分析。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/163870.htm


1 永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型
永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型基于以下假設(shè):
(1)忽略飽和、渦流、磁滯效應(yīng)的影響;
(2)電機(jī)的電流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阻電樞電感相等;
永磁同步是交流同步調(diào)速系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié),分析其數(shù)學(xué)模型對把握其調(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軸系隨同轉(zhuǎn)子以角速度ωr一道旋轉(zhuǎn),它的空間坐標(biāo)以d軸與參考軸α間的電角度θr來表示,則理想永磁同步電機(jī)在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型可以寫成如下形式:

根據(jù)數(shù)學(xué)模型用Simulink建立了永磁同步電機(jī)的模塊如圖2.1所示:

2 永磁同步電機(jī)交流伺服系統(tǒng)控制原理

由上式可以看出,永磁同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩基本上取決于定子電流在q軸上的分量。由于永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈恒定不變,所以普遍采用按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的控制,控制的實質(zhì)就是通過對定子電流的控制來實現(xiàn)交流永磁同步的轉(zhuǎn)矩控制。轉(zhuǎn)速在基速以下時,在定子電流給定的情況下,控制id=0可以更有效的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,這時電磁轉(zhuǎn)矩Tem=Pniqψr,可見電磁轉(zhuǎn)矩就隨著iq的變化而變化,這種控制方法最為簡單。然而轉(zhuǎn)速在基速以上時,因為永久磁鐵的勵磁磁鏈為常數(shù),電機(jī)感應(yīng)電動勢隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比例的增加。感應(yīng)電壓也跟著提高,但是又要受到與電機(jī)端相連的逆變器的電壓上限的限制。
在實際控制中,系統(tǒng)檢測到的是流入電機(jī)的三相定子電流,所以必須進(jìn)行坐標(biāo)變換,把三相定予坐標(biāo)上的電流分量經(jīng)park,clarke變換成轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系上的電流分量。要實現(xiàn)定子坐標(biāo)系到轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系的變換必須在控制中實時檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置,常用的轉(zhuǎn)子位置檢測傳感器有增量式光電編碼器,絕對式光電編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器。位置信號指令與檢測到的轉(zhuǎn)子位置相比較,經(jīng)過位置控制器的調(diào)整,輸出速度指令信號,速度指令信號與檢測到的轉(zhuǎn)子速度信號相比較,經(jīng)速度調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié),輸出控制轉(zhuǎn)矩的電流分量i*q,電流分量給定信號與經(jīng)過坐標(biāo)變換的電機(jī)實際電流分量比較,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PWM驅(qū)動IGBT,產(chǎn)生可變頻率和幅值的三相正弦電流輸入電機(jī)定子,驅(qū)動電機(jī)工作。

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