28
江苏电器
(2008 No.12)
加入状态反馈矩阵
K
后可得图 3 所示的电流
环结构图。
V
dq
为等效直交轴电压向量，
V
dq
=[
V
d
V
q
]
T
，此
时系统状态方程可以写成：
I
＇
dq
=(
A+BK)I
dq
+
BV
dq
为了实现解耦
[6]
，应使系统传递函数矩阵变成
对角矩阵，即
从而可以求出
K矩阵为：
经过解耦后公式(9)变为：
公式(4)变为：
Jω
＇
=
T
e
-
T
L
其等效传递函数框图如图 4 所示。由此可见，
尽管新的数学模型还是多变量的，但重要的是其交
直轴分量已被解耦，可以分别实施独立的控制。
4 交流永磁同步电机的磁场定向控制
图5显示了交流永磁同步电机的磁场定向控制
系统结构图。主回路采用电压型逆变器；控制部分
可由微处理器、DSP或FPGA来实现
[7-8]
，它主要用来
完成电机定子电流和转子转速的采样，坐标系的旋
转和变换，电流和速度PI调节器的实现及SPWM波形
的生成。由于系统未覆盖恒功率弱磁调速区域，因
此未对电流激磁分量进行调节，对转矩电流分量的
调节位于转子磁场坐标系中。
5 系统调节器的设计
转矩电流调节器的设计原则是
[9-10]
：快速跟踪
性能，克服电压扰动及反电动势影响，设置最大电
流限制提供过流保护。经过解耦后转矩电流调节回
路的实际传递函数结构图如图 6 所示，由 SPWM 波
控制的 IGBT 逆变器可近似等效为带有放大倍数的
一阶惯性环节，其传递函数为 ：
K
p
/(1+
T
p
s
) ；与直
流电机相似，由于该方案未对定子电流激磁分量进
行控制，可忽略反电动势，转矩电流分量与定子电
压的传递函数为 ：(1/
R
s
)/(1+
T
q
s
) ；故其电流环结
构图变为图 7。按典型 I 型系统设计可求出电流调
节器的参数。
图中
i
qref
为
q
轴电流给定量，
i
q
为
q
轴电流
实际量，
Δ
i
q
为
q
轴电流差，
V
qref
为
q
轴电压给定量，
V
q
为
q
轴电压实际量，
K
i
为电流 PI 调节器比例系数，
τ
i
为电流 PI 调节器积分时间常数，
K
p
为变频器放
大倍数，
T
q
为转矩电流环时间常数，
T
p
为变频器等
效惯性时间常数。
速度调节器的设计原则是 ：动态跟随性好，静
-
R
s
/
L
s
-
λω
A= ，
λω
-
R
s
/
L
s
1/
L
s
0
B= 。
0
1/
L
s
(12)
0
λL
s
ω
K=
-
λL
s
ω
0
(14)
(15)
-
R
s
/
L
s
0
I
＇
dq
=
0
-
R
s
/
L
s
I
dq
+
V
dq
-
1
L
s
λω
L
s
0
ψ
fs
(16)
-
R
s
/
L
s
0
A+BK=
0
-
R
s
/
L
s
(13)
图3 加入状态反馈矩阵后的电流环结构图
∫
V
dq
B
U
dq
+
I
＇
dq
I
dq
A
K
+
+
其中
图4 对应公式(15)和(16)的传递函数结构图
i
d
1
R
s
+
L
s
s
V
d
i
q
V
q
-
1
R
s
+
L
s
s
λψ
fs
T
e
λψ
fs
-
T
L
1
Js
ω
图5 交流永磁同步电机的磁场定向控制系统结构图
图6 解耦后转矩电流调节回路的实际传递函数结构图
i
q
-
1
R
s
+
L
s
s
λψ
fs
T
L
λψ
fs
-
T
e
1
Js
ω
PI
Δ
i
q
i
q
ref
β
-
图7 电流环等效传递函数结构图
V
q
K
i
(1+
τ
i
s)
τ
i
s
V
qref
Δ
i
q
i
qref
β
-
K
p
1+
T
p
s
i
q
1/
R
s
1+
T
q
s
基于MATLAB软件的交流永磁同步电机调速系统研究
ω
ref
ω
转矩
调节
i
q
ref
转矩
调节
旋
转
变
换
V
d
ref
=0
SPWM
发
生
器
逆
变
器
积分
MS
3～
S
旋
转
变
换
三相/
二相
变换
i
α
i
β
i
d
i
q
i
a
i
c
i
b
三相/
二相
变换
U