其仿真模型如图 1
,
由式
(
12
)
和式
(
13
)
可以建立电
磁推力和机械运动模型
,
如图 2 。
图
1
永磁直线同步电动机电流平衡方程框图
Fig
1
1
Block diagram of PMLSM
’
s current equation
图
2
永磁直线同步电动机机械运动平衡方程框图
Fig
1
2
Block diagram of PMLSM
’
s mechanic equation
考虑 到 由 于 在 POWERSYS 中 电 气 信 号 与
SIMULINK信号有本质的区别 ,不能直接相连 ,必须
使用可控电压源或可控电流源以及电压或电流测量
模块作为 2 种信号之间的转换模块 。这样可得到如
图 3 所示的永磁直线同步电机在 POWERSYS 下的
仿真模块 。
图
3
永磁直线同步电动机仿真模型框图
Fig
1
3
Block diagram of PMLSM
’
s simulation model
利 用 SIMULINK 的 模 块 封 装 技 术 , 可 以 将
PMLSM 的仿真模型封装起来并加入到 SIMULINK 工
具箱中作为统一模块使用 。这样 ,在仿真时可以直
接从工具箱中选取 PMLSM 模型进行直线电机的控
制研究 。封装后的直线电机模型 ,通用性强 ,使用简
便 ,并且能够有效地利用 SIMULINK 提供的其他电
气模块来建立 PMLSM 伺服系统 。
3
矢量控制的仿真实验
由式
(
12
)
可知
,
令
i
d
= 0
,
推力直接由
i
q
来决
定
,
由仿真模型建立 PMLSM 的矢量控制系统如图
4 ,电机的参数为 :三相电源电压为 380 V ,动子质量
M
= 11 kg ,动子电枢电阻
R
= 1. 2 Ω ,
q
轴电感
L
d
=
0. 008 H ,摩擦系数
B
v
= 0
,
永磁体有效磁链 ψ
f
=
0
1178 wb ,极距 τ= 0. 001 m ,极对数
N
p
= 2
,
其中电
流跟踪控制采用电流滞环型 SPWM 矢量控制 ,由 3
个独立的滞环电流比较器组成 ,当各相电流误差超
过误差带时 ,通过改变开关状态强制该相电流处在
给定的误差带内 ,从而实现电流的跟随 ,误差带设置
为 0. 02 。速度环采用常规的 PID 控制 ,参数为比例
系数 40 ,积分系数 2. 06 ,微分系数 2 ,仿真结果如图
5 所示 。从仿真结果可以看到 ,通过电流跟踪和速
度环的控制 ,可以达到给定的速度 。
图
4
PMLSM
系统的仿真模型
Fig
1
4
Simulation model of PMLSM
图
5
PMLSM
的速度曲线
Fig
1
5
Speed curve of PMLSM
4
结语
针对永磁直线同步电机 ( PMLSM) 的特点 ,建立
了 PMLSM 在
dq
两相坐标系下的数学模型以及在
SIMULINK下的仿真模型 ,并进行了封装 ,使之能够
方便 、
有效地在 SIMULINK 环境下直接和其他模块
连接使用 。通过对电机矢量控制的仿真实验 ,验证
了该仿真模型的正确性 。
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作者简介
:
朱晓东
(1970 - ) ,
河南安阳人
,
郑州大学讲师
,1999
年毕业于郑州大学
,
硕士学历
,
现主要从事计算机控制方面的教学和
科研活动
, E - mail :zhu-xd @zzu. edu. cn.
收稿日期
:2005
2
12
2
05
第 27 卷第 3 期 永磁直线同步电机矢量控制模型及仿真的研究 ———朱晓东 ,等 ・419 ・