永磁同步電機(jī)的矢量控制策略的研究和實(shí)現(xiàn)

永磁同步電機(jī)矢量控制策略的研究與實(shí)現(xiàn)主要內(nèi)容基于永磁同步電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的控制策略PMSM電機(jī)的FOC控制策略后續(xù)的工作2/19一.永磁同步電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的控制策略電動(dòng)機(jī)是電能與機(jī)械能轉(zhuǎn)換的能量載體，電氣傳動(dòng)控制技術(shù)則通過(guò)電壓、電流、頻率等電氣量，實(shí)現(xiàn)速度、轉(zhuǎn)矩、角度、位移等機(jī)械量的控制、使得生產(chǎn)機(jī)械按照人們期望的方式運(yùn)行。3/19相對(duì)于異步電機(jī)，永磁同步電機(jī)具有功率密度大，功率因數(shù)高，效率高，體積小、重量輕等特點(diǎn)。作為一種極具發(fā)展前景的新型電機(jī)，由于其自身的優(yōu)良性能，具有節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，將會(huì)贏得更為廣闊的發(fā)展空間。4/195/19三相靜止坐標(biāo)系下的定子磁鏈方程其中，為定子三相繞組的磁鏈，為定子三相繞組的自感系數(shù)，為定子三相繞組兩兩之間的互感系數(shù)，為方向與A相繞組軸線(xiàn)方向的夾角。三相靜止坐標(biāo)系下的電壓方程:6/192023/2/4定子三相繞組是對(duì)稱(chēng)的且互為120度，所以有:由于三相繞組是星型連接，且無(wú)中線(xiàn)，所以有:所以三相靜止坐標(biāo)系下的定子磁鏈方程可表示為電壓方程可表示為轉(zhuǎn)子電角速度可表示為7/192023/2/4電磁轉(zhuǎn)矩方程可表示為根據(jù)永磁同步電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型公式可以看出，許多電機(jī)參數(shù)和轉(zhuǎn)子位置角度有關(guān)，而其是時(shí)變系數(shù)，所以此時(shí)系統(tǒng)是非線(xiàn)性的。由于非線(xiàn)性系統(tǒng)的復(fù)雜性，利用坐標(biāo)變換原理簡(jiǎn)化永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)坐標(biāo)變換原理，可建立永磁同步電機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。8/19dq軸系下的電壓方程定子磁鏈方程電壓方程9/192023/2/4電磁轉(zhuǎn)矩方程可表示為

從上式可知，由于轉(zhuǎn)子磁鏈幅值為恒定值，通過(guò)控制永磁同步電動(dòng)機(jī)定子電流的d,q軸分量便可控制永磁同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩輸出。運(yùn)動(dòng)方程可表示為其中，J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，B為粘滯摩擦系數(shù)。對(duì)于表貼式三相PMSM，定子電感滿(mǎn)足其中，為電機(jī)的機(jī)械角度，rad/s；Nr為電機(jī)的轉(zhuǎn)速,r/min10/192023/2/411/192023/2/4PMSM(Permanentsynchronousmotor)的控制策略按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)非線(xiàn)性控制系統(tǒng)自適應(yīng)控制滑膜變結(jié)構(gòu)控制智能控制在上述諸多控制策略中，只有前兩種方法廣泛應(yīng)用于實(shí)際的變頻調(diào)速系統(tǒng)中。而其他的控制方法大都停留在理論實(shí)驗(yàn)階段，并沒(méi)有在實(shí)際中得到廣泛應(yīng)用。12/19二.PMSM電機(jī)的FOC控制策略13/19

定子電流經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換后轉(zhuǎn)化為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的電流和，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩和實(shí)現(xiàn)弱磁控制。FOC中需要測(cè)量的量為：定子電流、轉(zhuǎn)子位置角

1、工作原理14/19以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能好，控制精度高控制簡(jiǎn)單、具有直流電機(jī)的調(diào)速性能運(yùn)行平穩(wěn)、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)很小2、FOC特點(diǎn)15/19

控制

定子電流中只有交軸分量，是一種轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制，且定子磁動(dòng)勢(shì)空間矢量與永磁體磁場(chǎng)空間矢量正交，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與定子電流成正比?？刂葡鄬?duì)比較簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易。其性能類(lèi)似于直流電機(jī)，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)矩性能好，可以獲得很寬的調(diào)速范圍，適用于高性能的數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等場(chǎng)合。電機(jī)運(yùn)行功率因數(shù)低，電機(jī)和逆變器容量不能充分利用。3、FOC控制方式16/19

控制控制交、直軸電流分量，保持PMSM的功率因數(shù)為1，在條件下，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩隨電流的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。可以充分利用逆變器的容量。不足之處在于能夠輸出的最大轉(zhuǎn)矩較小。最大轉(zhuǎn)矩/電流比控制

也稱(chēng)為單位電流輸出最大轉(zhuǎn)矩的控制（最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制）。它是凸極PMSM用的較多的一種電流控制策略。當(dāng)輸出轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，逆變器輸出電流最小，可以減小電機(jī)的銅耗。對(duì)于表面式永磁同步電機(jī)來(lái)說(shuō)，的控制即為最大轉(zhuǎn)矩電流比控制。17/19（1）SVPWM模塊（2）電流讀取模塊（3）轉(zhuǎn)子速度/位置反饋模塊（4）PID控制模塊（5）坐標(biāo)變換模塊18/1919/192023/2/41.研究永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的工作原理、模型建立和仿真驗(yàn)證;2.采用TMS320F28335數(shù)字信號(hào)處理器為控制芯片，完成永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn);3.并對(duì)交流調(diào)速實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行搭建和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以實(shí)現(xiàn)高性能的數(shù)字化調(diào)速算法及智能控制算法實(shí)驗(yàn)。硬件部分：設(shè)計(jì)永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的控制板電路和電源電路、系統(tǒng)主電路、信號(hào)檢測(cè)電路和系統(tǒng)保護(hù)電路。軟件部分：在硬件平臺(tái)建立的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的主