2007, 34 ( 4 )

变频与调速

EM CA

永磁同步电机的矢量控制调速系统中使用了

SV PWM 技术。 SVPWM 具有谐波含量少、

开关损

耗小、

供电电压利用率高等优点 ,可使永磁同步电

机输出转矩脉动小 ,从而提高其交流调速性能。

　新型永磁同步电机矢量控制系统

2. 1　带交叉乘积项的电流环设计

为了便于分析

忽略电压方程式

(

)

中的暂

态分量

可得电机在

轴系下的稳态电压方程

= -

+ r

ωΨ

+ r

(

)

忽略电阻分压

由上式可知通过控制

轴电压就

能直接控制

轴电流

;

通过控制

轴电压就能直

接控制

轴电流。但其前提是电机的电阻参数很

小或电机转速很大

即电阻分压占

、

轴电压的

比例较小。但是实际的永磁同步电机调速系统要
求对不同参数的电机在较宽的范围内进行控制

电阻分压占

、

轴电压的比例是变化的

这样就

不能简单地忽略电阻分压。式

(

)

表明

, d

、

轴电

流与电压的关系是交叉影响的

不能通过对各自

电压的调节实现对各自电流的调节。这种交叉关
系加重了电流环的设计难度。

针对此问题

本文的永磁同步电机调速控制

系统中采用了一种带交叉乘积项的电流环设计。
即根据

、

轴电压电流之间的关系

在电流环中

引入了一组电流交叉乘积项计算出准确的

、

轴

电压控制值。其构成形式如图 2 所示。其中

, i

和

分别为

轴和

轴电流给定

;

和 - ω

为交叉乘积项

; u

和

为

、

轴的电压控制量。

图

　交叉乘积项的电流环

　　由图 2 可知

, d

、

轴的电压控制量由三部分

相加得到。

其一是将给定电流代入式

(

) ,

得到如图所

示的

′

和

′

即

′

= -

+ r

′

ωΨ

+ r

(

)

　　其二是交叉乘积项

即

轴电流环 P I调节器

输出与 ω

的乘积

以及

轴电流环 P I调节器输

出与 - ω

的乘积。其中

前者的运算结果与

′

相加

而后者与

′

相加。

最后

将

、

轴的 P I调节器输出值和

电阻

的乘积分别作为

、

轴电压的第三部分和前两部

分结果相加

得到

、

轴的电压的准确控制值为

= u

′

(

P I

) + r

(

P I

)

= u

′

(

P I

) + r

(

P I

)

(

)

其中

P I

和 P I

为

、

轴 P I调节器输出。

通过在交叉乘积项中引入电机转速和电机参

数的因素

可以合理地对电压值进行调节。即无

论被控电机的转速高低和电机参数的大小

都可

以通过实时计算交叉乘积项得到准确的

、

轴电

压控制值

从而准确地控制

、

轴电流。将式

(

)

得到的

、

轴电压

和

作为 SVPWM 的电

压输入 ,由 SVPWM 算法产生所需的 PWM 波形 ,
最后经过三相桥式电路产生电机定子的三相电
压。这样 ,采用带交叉乘积项的电流环设计方式 ,
可以使控制系统实现对不同参数的永磁同步电机
在不同转速要求情况下的高精度伺服控制。

2. 2　速度环参数自整定模糊控制器的设计

由于永磁同步电机的非线性、

强耦合、

参数时

变等特性 ,用常规的 P ID 和一般模糊控制控制很
难满足要求。本文的速度环采用对参数时变和非
线性有好适应性的 P ID 参数自整定模糊控制 ;控
制器的设计分两步进行 ,简单方便

[ 5

7 ]

。首先 ,不

考虑模糊控制的作用 ,用工程方法整定 P ID 的参
数 ;然后 ,依据已有的系统控制知识 ,运用模糊控
制方法 ,通过对 P ID参数的在线调整 ,适当地加大
或减小控制力度 ,以控制响应朝偏离给定的方向
变化 ,使输出尽快趋于稳定。基于这种思路来设
计的 P ID 参数自整定模糊控制器 ,物理意义明确 ,
实时计算工作量小 ,便于工程应用。系统吸收了
模糊控制和 P I控制的优点 ,能够通过模糊控制规
则 ,自动整定参数 ,从而提高系统的动态响应 ,消
除了系统的稳态误差 ,并且有很好的鲁棒性。

—