永磁同步電機矢量控制的分析

更新日期:2018-01-18
摘要:上次我們有介紹過永磁同步電機的控制方法,可知此电机的控制方法有三种。那么对于永磁同步電機矢量控制的分析又是怎样的呢?接下来一同探讨下吧!
永磁同步電機
 
 
上次我們有介紹過永磁同步電機的控制方法,可知此电机的控制方法有三种。那么对于永磁同步電機矢量控制的分析又是怎样的呢?接下来一同探讨下吧!
 
随着高功能永磁材料、电力电子技术、大规模集成电路和核算机技术的发展,永磁同步(PMSM)的應用領域不断扩大,在数控机床,机器人等高精度控制范围得到了广泛的应用。
 
因爲對電機控制功能的要求越來越高,永磁同步電機矢量控制系统能够完成高精度、高动态功能、大范围的调速或定位控制,永磁同步矢量控制系统的研讨已成为中小容量交流伺服系统研讨的要点之一,怎么树立有用的仿真模型越来受到人们的重视。本文在分析永磁同步数学模型的基础上,用MATLAB语言中的Simulink和Power System B1ock模块树立了控制系统的仿真模型,对得出的仿真成果进行了如下的分析。
 
1、永磁同步電機数学模型
 
永磁同步的數學模型依據以下假定:
 
① 疏忽饱满、涡流、磁滞效应的影响;
 
② 电机的电流为对称的三相正弦波电流;
 
③ 永磁体磁动势叵定,即等效的励磁电流安稳不变;
 
④ 三相定子绕组在空间呈对称星形散布,定子各绕组的电枢电阻电枢电感持平。
 
永磁同步電動機是交流同步調速系統的首要環節,分析其數學模型對把握其調速特性尤爲重要。取轉子永磁體基波勵磁磁場軸線爲d軸,q軸順著旋轉方向超前d軸90度電視點,dq軸系伴隨轉子以角速度ωr一道旋轉,它的空間坐標以d軸與參閱軸α間的電視點θr來表明,則理想永磁同步在dq旋轉坐標系中的數學模型能夠寫成如下形式:
 
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依據數學模型用Simulink樹立了永磁同步的模塊如圖2.1所示:
 
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2、永磁同步電機交流伺服系统控制原理
 
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由上式能夠看出,永磁同步的電磁轉矩根本上取決于定子電流在q軸上的重量。因爲永磁同步的轉子磁鏈安穩不變,所以遍及選用按轉子磁鏈定向的矢量控制,控制的本質就是通過對定子電流的控制來完成交流永磁同步電動機的轉矩控制。轉速在基速以下時,在定子電流給定的情況下,控制id=0能夠更有用的發生轉矩,這時電磁轉矩Tem=Pniqψr,可見電磁轉矩就隨著iq的改變而改變,這種控制辦法最爲簡略。可是轉速在基速以上時,因爲永久磁鐵的勵磁磁鏈爲常數,電機感應電動勢隨著電機轉速成正比例的增加。電動機感應電壓也隨著進步,可是又要遭到與電機端相連的逆變器的電壓上限的約束。
 
在實踐控制中,系統檢測到的是流入電機的三相定子電流,所以有必要進行坐標改換,把三相定予坐標上的電流重量經park,clarke改換成轉子坐標系上的電流重量。要完成定子坐標系到轉子坐標系的改換有必要在控制中實時檢測電機轉子的方位,常用的轉子方位檢測傳感器有增量式光電編碼器,肯定式光電編碼器和旋轉變壓器。方位信號指令與檢測到的轉子方位相比較,通過方位控制器的調整,輸出速度指令信號,速度指令信號與檢測到的轉子速度信號相比較,經速度調理器的調理,輸出控制轉矩的電流重量i*q,電流重量給定信號與通過坐標改換的電機實踐電流重量比較,通過電流控制器核算,其輸出量經反park改換用于核算發生PWM驅動IGBT,發生可變頻率和幅值的三相正弦電流輸入電機定子,驅動電機作業。
 
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3、系統仿真
 
图4.1三相永磁同步電機矢量控制仿真框图依据转子磁场定向的三相PMSM矢量控制系统仿真框图如图4.1所示。图中PI模块为速度环PI控制器,依据电机实践速度及给定速度来断定电流转矩重量;PWM模块选用电流滞环控制(如图4.2),使电机实践电流跟从给定电流改变,详细完成如图4.3;模块dq2abc完成2r/3s改换,详细完成如图4.4,其间函数模块Fcn、Fcnl和Fcn2一同完成2r/3s改换;MMD模块为电机丈量模块,它实时测量电机的速度、电流、转子方位等信号:PMSM模块为MATLAB提供了永磁同步電機模型,它的具体实现如图2.1。
 
4、仿真圖形及成果分析
 
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仿真中用到的電機參數如下:定子電阻爲2.875Ω,定子直軸電感和交軸電感都爲8.5e一3H,永磁磁極與定子繞組交鏈的磁鏈爲0.175Wb,轉動慣量0.8e一3kgm2,極對數6,給定轉速爲ωr=500rpm,在t=0.03s時,負載轉矩由ON·m突變爲6N·m,見圖(5.1)。
 
由上述仿真成果可知,普通三相永磁同步電機选用依据转子磁场定向的矢量控制计划,且速度外环选用PI控制时,速度响应进程中有必定超调见图(5.2)。当突加负载时,速度当即下降,然后逐步康复安稳见图(5.3):若在速度外环选用PID控制,即在速度外环加一个小的微分环节D并恰当下降比例放大系数P,可有用下降超调量,而且缩短电机发动和突加负载时电机抵达稳态的时刻。交轴实践电流始终盯梢交轴给定电流见图(5.5),且发动进程中和突加负载时,两者改变起伏较大,而安稳时两者都根本安稳,稳态时电磁力矩安稳见图(5.4),以便平衡外加负载;速度安稳时三相定子电流为规整的正弦电流,且相位顺次相差约120°。