叶工业控制计算机曳圆园圆园年第猿猿卷第远期155
孕酝杂酝矢量控制研究
杂贼怎凿赠燥灶孕酝杂酝灾藻糟贼燥则悦燥灶贼则燥造
胡长岭
王东平渊西安石油大学电子工程学院袁陕西西安苑员园园远缘冤
摘要院研究永磁同步电机的动态性能与稳态性能一直是一个热点问题袁结合永磁同步电机的数学模型和相关参考文献袁利用数学描述方法将永磁同步电机的定子电流及其电压等静态矢量转换成两相旋转坐标系上相应的旋转矢量袁利用永磁同步电机蚤凿越园时的矢量控制管理策略对永磁同步电动机的结构问题进行了研究分析袁在酝粤栽蕴粤月辕杂陨酝哉蕴陨晕运环境下建立了基于杂灾孕宰酝的孕酝杂酝的仿真模型遥
关键词院杂灾孕宰酝曰酝粤栽蕴粤月辕杂陨酝哉蕴陨晕运曰悦造葬则噪变换曰孕葬则噪变换
粤遭泽贼则葬糟贼押栽澡蚤泽责葬责藻则糟燥皂遭蚤灶藻泽憎蚤贼澡则藻造藻增葬灶贼造蚤贼藻则葬贼怎则藻皂葬贼澡藻皂葬贼蚤糟葬造皂燥凿藻造泽葬灶凿责藻则皂葬灶藻灶贼皂葬早灶藻贼泽赠灶糟澡则燥灶燥怎泽皂燥贼燥则泽熏怎泽蚤灶早皂葬贼澡藻皂葬贼蚤糟葬造凿藻泽糟则蚤责贼蚤燥灶皂藻贼澡燥凿贼燥糟燥灶增藻则贼贼澡藻泽贼葬贼燥则糟怎则则藻灶贼葬灶凿蚤贼泽增燥造贼葬早藻葬灶凿燥贼澡藻则泽贼葬贼蚤糟增藻糟贼燥则泽燥枣贼澡藻责藻则皂葬鄄灶藻灶贼皂葬早灶藻贼蚤糟泽赠灶糟澡则燥灶燥怎泽皂燥贼燥则蚤灶贼燥贼澡藻糟燥则则藻泽责燥灶凿蚤灶早则燥贼葬贼蚤燥灶增藻糟贼燥则燥灶贼澡藻贼憎燥原责澡葬泽藻则燥贼葬贼蚤燥灶糟燥燥则凿蚤灶葬贼藻泽赠泽贼藻皂熏葬灶凿葬灶葬造赠泽藻泽增藻糟贼燥则糟燥灶贼则燥造泽贼则葬贼藻早赠燥枣孕酝杂酝蚤灶泽蚤皂怎造葬贼蚤燥灶藻灶增蚤则燥灶皂藻灶贼援
运藻赠憎燥则凿泽押杂灾孕宰酝熏酝粤栽蕴粤月辕杂陨酝哉蕴陨晕运熏悦造葬则噪贼则葬灶泽枣燥则皂葬贼蚤燥灶熏孕葬则噪贼则葬灶泽枣燥则皂葬贼蚤燥灶
三相永磁同步电机的转子是通过电机内部的永磁材料激励袁由于无励磁时电机的损耗小袁转子产生的热量低袁在一定程度上就会提高电机的功率和工作效率遥由于永磁同步电机相较于其他电机易于管理控制袁被广泛研究应用于中小容量的伺服信息系统中袁具有优良的动态分析性能和稳态性能遥员永磁同步电机数学模型员援员电机控制中的坐标系
员冤三相定子坐标系渊粤尧月尧悦坐标系冤遥永磁同步电机电机的粤原月原悦三相坐标系由三个对称分布且之间相差员圆园毅的定子绕组轴粤轴尧月轴和悦轴构成遥
圆冤两相静止坐标系渊琢原茁坐标系冤遥两相静止坐标系渊琢原茁坐标系冤袁其中琢轴与三相电机定子空间坐标系的粤轴互相重合袁茁轴是将三相定子空间坐标系中的粤轴逆时针旋转怨园毅所得到的袁又由于琢原茁坐标系中琢轴固定在三相定子坐标系的粤相绕组上袁故琢原茁坐标系也是一个平稳坐标系遥
猿冤转子坐标系渊凿原择坐标系冤遥一般的数学描述一般是由两相笛卡尔坐标来描述任意向量空间袁但旋转坐标系也也同样用来表示空间矢量遥转子坐标系的凿轴与转子磁通轴之间相互重合袁并且凿轴逆时针推进怨园毅的空间电角度便可以得到择轴袁该坐标系在空间中与转子共同以相同的角速度旋转袁因此是旋转坐标系遥
员援圆孕酝杂酝的数学模型
一般用永久磁体技术作为一个永磁同步控制电机的转子的材料袁其电导率可以忽略不计袁电动的三相定子绕组对称分布且相差员圆园毅电角度袁当有正弦电流通过电动机定子绕组时袁电机的气隙磁场中的磁动势当然也会遵循正弦规律分布熏这样高次谐波带来的影响可以被忽略袁同时袁为了便于理想化袁电机的磁滞损耗与涡流的影响也可被忽略袁则在坐标系下的该同步电动机的
图员同步电机数学模型数学模型如图员所示遥
定子电压方程如下院
哉凿越
凿渍择
原棕渍择垣砸泽蚤凿凿贼
渊员冤渊圆冤
渍凿越蕴凿蚤凿垣渍枣渍择越蕴择蚤择
定子磁链方程如下院
式中院砸泽为绕阻袁棕为转子角速度曰哉凿尧哉择为凿轴与择轴上的电压信号分量曰蚤凿尧蚤择为凿轴和择轴电流信号分量曰渍凿尧渍择分别是在凿轴尧择轴上的为转子磁通的分量曰蕴凿为直轴的自感曰蕴择为交轴的自感曰渍枣为永久磁体磁通量遥
永磁同步电机的转矩方程院
栽藻越孕灶渊渍凿蚤择垣渍择蚤凿冤栽藻越孕灶咱渍枣蚤择垣渊蕴凿原蕴凿冤蚤凿蚤择暂越
凿渊棕辕孕灶冤垣砸赘棕垣栽员
凿贼孕灶
渊缘冤
渊猿冤
渊源冤
式中袁孕灶为永磁同步电机极对数袁允为电机的负载转矩袁砸赘
为电机阻尼系数咱员暂遥
圆孕酝杂酝矢量控制系统过程及其仿真圆援员孕酝杂酝控制过程
在研究永磁同步电机方面袁矢量控制方法便是通过相关的数学方法将其模拟成直流电机模型进而控制的方法遥将永磁同步电机定子绕组上的电流渊电压冤通过悦造葬则噪藻变换为琢原茁坐标系上的电流渊电压冤袁在通过孕葬则噪变换将得到的电流渊电压冤转化到凿择旋转坐标系上袁此时袁定子电流被分解为按转子磁场定向的励磁电流分量蚤凿和转矩电流分量蚤择遥根据电机方程所确定的相应电磁关系袁磁通量和转矩的控制便是通过蚤凿和蚤择这两个分量的控制所达到袁速度电流环由控制器对其进行控制袁使实际的蚤凿和蚤择值跟踪进行相应的给定值袁使系统能够控制电机的转矩与转子速度遥这种电流矢量控制方法无论是对永磁同步电机的稳态运行还是暂态运行过程的控制都是可以选择使用的遥由于蚤凿和蚤择这两个电流分量互相正交袁通过解耦方法对永磁同步电机的转矩和电机磁场的控制的实现袁当使用蚤凿越园控制策略时袁从永磁同步电机的端口侧来看袁电机就可模拟为直流电机模型遥定子电流中只有择轴分量袁凿轴的定子电流分量可以被忽略袁且定子磁动势空间矢量和永磁体磁场空间矢量相互垂直袁在足够大的幅值的定子电流以下就能够使得电机得到最大转矩输出咱圆暂遥
如图圆所示袁永磁同步电机矢量控制主要由速度环和电流
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环控制器遥坐标变换功能模块设计以及杂灾孕宰酝模块等几个管理模块组成袁首先袁转速信号将与系统检测到的转子转速信号进行比较袁然后速度控制器对它进行一个合理的调整袁将蚤择信号作为择轴的电流信号输出袁凿轴电流信号为园时袁三相静止坐标上的蚤葬尧蚤遭和蚤糟经过悦造葬则噪变换模块转换到两相静止坐标上袁而后再通过孕葬则噪坐标变换模块转换成旋转坐标上的蚤凿和蚤择两个电流值袁蚤凿为凿轴电流调节器反馈输入袁蚤择为择轴的电流调节器反馈输入咱猿暂遥在控制器的调节作用之后系统便会输出一个电压怎凿袁这个过程中电压怎凿通过孕葬则噪坐标逆变换模块将电压转换成两相静止坐标系上的坐标轴电压怎琢尧怎茁遥与此同时袁杂灾孕宰酝设计管理模块输出的六个脉冲袁将会驱动陨郧月栽产生具有一定工作频率和幅度均可随时间问题发生发展变化的三相孕宰酝信号袁三相正弦电流通过输入永磁同步电机中袁提供电机转子的位置传感器信号兹或速度信号棕给电机矢量控制管理系统遥
鄢
孕酝杂酝矢量控制研究
图源电磁转矩波形
图圆
永磁同步电机蚤凿越园时矢量控制原理图
图缘
电机转速波形
圆援圆建立永磁同步电机的仿真模型
基于蚤凿越园的永磁同步电机的矢量控制策略袁在分析研究永磁同步电机数学模型的基础上袁利用杂蚤皂怎造蚤灶噪仿真工具袁建立了孕酝杂酝仿真模型遥根据模块化进行建模的思想袁控制管理系统可以分成各种基础功能实现的子模块袁主要有院孕陨控制信息模块尧坐标变换模块尧杂灾孕宰酝模块尧电流控制环模块和电机主模块袁通过对这些模块的配合袁便可以实现系统对永磁同步电机的矢量控制遥
图远电子绕组三相电流波形
图猿孕酝杂酝矢量控制仿真模型的建立
圆援猿仿真结果及其分析
电磁转矩尧电机转速尧电子绕组三相电流的波形仿真结果分别如图源尧图缘尧图远所示遥
由仿真波形可以看出袁对于当前的蚤凿越园控制模式袁在参考转速员园园园则辕皂蚤灶的情况下袁开始时电机转速有一些超调量袁且速度脉动相对较大遥但是由于其动态响应速较快遥当负载在园援圆泽突然变化时袁速度转矩和定子电流会发生相应的波动遥经过相应的调整后袁速度可以再次快速跟随给定值袁但一般在稳定状态下达到给定值可能需要更长的时间三相定子电流随正弦波的变化而变化袁幅值突然在负载变化后有明显的幅值跳变袁但也迅速稳定遥对于转矩袁外部负载扰动有一个动态的向前运动袁从园援圆泽之后参数的转换可以看出电机的各项参数趋于稳定遥当然袁它可以
在设定的参考值下快速稳定下来遥但是袁在这个过渡过程中袁扭矩动摇较大遥可以看出袁在这种控制模式下的永磁同步机具有很强的稳态性能和抗干扰能力袁并且有一些动态的性能遥猿结束语
随着各种控制理论的不断完善和相关的基础学科和成熟袁永磁同步控制电动机将在中国未来发展国民社会经济的生产和生活中得到更广泛的应用遥
咱员暂耿加民援微型燃气轮机控制与电力变换系统研究咱阅暂援沈阳院东北大学袁咱圆暂方环援永磁同步电机伺服控制系统开发平台的设计及研究咱阅暂援上海院咱源暂阎鑫昌援关于永磁同步电机矢量控制的研究咱允暂援黑龙江科技信息袁咱缘暂孟云平袁周新秀袁李红袁等援基于四桥臂拓扑的永磁同步电机断相容错咱远暂李潇培援火电站仿真机中电气系统建模方法的研究咱阅暂援北京院华北电
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控制策略咱允暂援电工技术学报袁圆园员怨袁猿源渊员缘冤院猿员缘愿原猿员远远圆园员源渊圆圆冤院员愿原员怨
咱猿暂蒋继云援永磁同步电机控制咱允暂援科技视界袁圆园员圆渊员苑冤院员愿圆原员愿猿
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参考文献
咱收稿日期院圆园圆园援源援圆猿暂