高工效电梯型零轮材弱速磁化共步电机扼制体系的探讨

　　坐标变换矢量控制的目的是为了改善转矩控制性能，而最终实施仍然是落到对定子
电流（交流量）的控制上。从同步旋转坐标系观察，电动机的各空间矢量都变成了静止矢
量。本系统中采用了两种坐标系，αβ 坐标系和 dq 坐标系。对于 PMSM 来说，定义 αβ 坐标
系的 α 轴与定子 A 相绕组重合，β 轴逆时针超前 α 轴 900 空间电角度，由于 α 轴固定在 A
相绕组轴线上，故 αβ 坐标系为静止坐标系。同时定义 dq 坐标系的 d 轴与转子磁极轴线重
合，q 轴逆时针超前 d 轴 900 空间电角度，d 轴与 A 相定子绕组的夹角为 θ，该坐标系在
空间随同转子以电角速度一道旋转，故为旋转坐标系，对定子电流而言，三相静止坐标
系下，i 应是：（1）在恒速采用 αβ／αbc 变换，则有：（2）上述变换同样适用于电压和
磁链矢量。
　　PMSM 数学模型根据，假设正电流产生正转矩，并采用对电动机惯例选取电压与电
流的正方向，可得出 PMSM 的输出的电磁转矩方程为：（3）电机的机械运动方程为：
（4）d－q 坐标系的旋转电角速度与电机转子的机械角速度的关系为：（5）以上三式中，
Np 为电机极对数；T 为电磁转矩；T1 为电磁转矩；J 电机及负载的转动惯量；B 为运动
阻尼系数；电机转子的机械角速度。
　　本开发装置采用 SPM 电机，凸极效应很弱，可认为 Ld＝Lq＝L，那么电磁转矩 T 可
简化。
　　基于 SIMULINK 的矢量控制仿真结果在前两节理论分析和设计的基础上，本节采用
MATLAB／SIMULINK 建立速度伺服系统和位置伺服系统的仿真模型，以便对整个系统
的性能和一些具体问题作进一步分析，为下一步实验调试做准备。
　　速度环以电流环为基础，其作用是使速度反馈快速跟踪速度给定实现调速。
　　基于 MATLAB／SIMULINK 建立 PMSM 控制系统的仿真模型，对该模型进行 PMSM
双闭环控制系统的仿真。依据试验所采用的 PMSM 电机，将仿真参数设置为：nN＝20γ／
min，pN＝1100W，UN＝220V，TN＝3Nm，R＝2.875Ω，Ld、Lq＝，8.5×10－3H，，粘滞
摩擦系数。
　　系统在 t＝0 时，负载 TL＝TN＝3Nm 启动，在 t＝0.04s 时，负载突变为 TL＝1Nm.得
到的速度响应曲线、相电流响应曲线、逆变桥输出相电压 Vbc、转矩响应曲线，分别如
（a）、（b）所示。
　　从曲线可以看出，转速在起动之后，很快达到稳定值。在起动时刻，电磁转矩达到
30Nm，有轻微波动；ia、ib、ic 在开始时刻比较大，但很快达到设定值。
　　实验结论美国 TI 公司推出的 TMS320LF240 芯片，是专门针对电机控制而设计的，
该芯片具有相当快的实时数字运算能力和丰富的电机控制外设，本系统采用该芯片作为
控制芯片组成控制回路。其组成电路原理框图如示。
　　该伺服系统主要包括以下 5 个部分：（1）一台凸极式永磁同步电机（参数同 3.2 仿
真相同）；（2）以 F240DSP 为核心的控制电路；（3）电流控制电压型逆变器 IGBT 和
辅助电源；（4）转速存储 SARAM 及串口通讯电路 SCI；（5）保护电路。
　　在每个电流环控制周期中对 A、B 两相反馈电流 Iaf 和 Ibf 两个模拟信号同时进行采样，
采用 F240 的两个 10 位模拟转换模块来完成；转速采用增量式编码器将光电脉冲通过
QEP 正交编码脉冲电路输入到 CPU 中。