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变频与调速
ξ
EM CA
2007, 34 ( 4 )
环采用了一种带交叉乘积项的电流环设计
,
使控
制系统实现对不同参数的永磁同步电机在不同转
速情况下的高精度伺服控制要求 。有别于传统的
速度环 P ID 控制 ,本文的速度环采用参数自整定
模糊控制器 。参数自整定模糊控制是一种自适应
模糊控制 ,它对切换式模糊控制进行了改进 ,是一
种灵活的非线性控制策略 ,通过对参数的在线修
正大大提高了系统的动态响应速度和稳态精度 ,
有较好的鲁棒性以抵抗参数扰动 。本文通过分析
永磁同步电机矢量控制的基本原理 ,对采用空间
矢量脉宽调制 ( SVPWM )的永磁同步电动机矢量
控制调速系统进行介绍 ,着重介绍和研究了这种
采用交叉乘积项电流环和参数自整定模糊控制速
度环的新型永磁同步电机矢量控制策略 ,并进行
了理论分析与仿真试验 。仿真结果表明 ,与传统
矢量控制相比 ,新型矢量控制具有更良好的性能
特性 。
1
转子磁场定向的矢量控制原理
矢量控制技术可以实现异步电机产生转矩的
电流分量和产生磁通的电流分量之间的解耦控
制 ,使异步电机实现对负载扰动和参考值变化的
快速响应
[ 2 ]
。矢量控制的基本思想是在磁场定
向坐标上 ,将电流矢量分解为产生磁通的励磁电
流和产生转矩的转矩电流 ,并使两个分量互相垂
直 、
彼此独立 ,然后分别进行调节 。交流电机的矢
量控制最终归结为对电机定 、
转子电流的控制 。
矢量控制下 ,转子磁链定向控制的永磁同步电机
的定子磁链方程
[ 2
2
3 ]
为
Ψ
sd
= L
d
i
sd
+
Ψ
r
Ψ
sq
= L
q
・
i
sq
(
1
)
式中
:
Ψ
sd
,
Ψ
sq
—
——直轴 、
交轴定子磁链
;
L
d
, L
q
—
——定子绕组
d
、
q
轴等效电感
;
i
sd
, i
sq
—
——直轴 、
交轴定子电流 。
永磁同步电机的定子电压方程为
u
sd
= r
s
i
sd
+
pΨ
sd
-
ωΨ
sq
u
sq
= r
s
i
sq
+
pΨ
sq
+
ωΨ
sd
(
2
)
式中
: u
sd
, u
sq
——
—定子电压矢量的
d
、
q
轴分量
;
ω———转子角频率
;
p —
—
—微分算子 。
由式
(
1
)
和式
(
2
)
以及电机统一理论中
[
2 ]
介
绍的转矩公式整理可得转矩
:
T
d
= p
m
(
Ψ
sd
i
s
q -
Ψ
sq
i
sd
) =
p
m
[
Ψ
r
i
sq
+ (L
d
- L
q
) i
sd
i
sq
]
(
3
)
从式
(
3
)
可以看出
,
永磁同步电机的电磁转距基
本上取决于定子交轴电流分量和直轴电流分量 。
采用转子磁铁定向的永磁同步电机中
,
如果使定
子电流矢量位于
q
轴
,
而无
d
轴分量
( i
sd
= 0
) ,
即
定子电流全部用来产生转矩
,
此时永磁同步电机
的电压方程可写为
u
sd
= -
ω
L
q
i
s
u
sq
= r
s
i
s
+ L
q
p
i
s
+
ωΨ
r
(
4
)
电磁转矩方程
T
d
= p
m
Ψ
r
i
sq
(
5
)
此种控制方式最简单
,
只要能准确地检测出
转子空间位置
( d
轴
) ,
通过控制逆变器使三相定
子的合成电流
(
磁动势
)
位于
q
轴上
,
那么永磁同
步电机的电磁转矩与定子电流的幅值
i
s
成正比 。
也即控制定子电流的幅值
,
就能很好地控制电磁
转矩 。此时
,
对永磁同步电机的控制就完全和直
流电机的控制方法类似 。
图 1给出了矢量控制的原理 。首先
,
根据检
测到的电机转速和输入的参考转速
,
通过速度 P I
控制器计算得到定子电流的参考输入
i
sd ref
、
i
sqref
;
通过相电流检测电路提取
i
a
、
i
b
,
再 使用 Clark、
Park变换
,
将它们转换到
d
2
q
旋转坐标系中
;
然后
再将
d
2
q
坐标系中的电流信号与它们的
i
sd ref
、
i
sqref
相比较
,
其中
i
sd ref
= 0
,
通过 P I控制器获得理想的
控制量 。外环速度环产生了定子电流的参考值 ,
内环电流环得到实际控制信号 ,从而构成一个完
整的速度矢量双闭环控制系统 。
图
1
矢量控制框图
—
0
4
—