永磁交流同步電機(jī)伺服系統(tǒng)控制策略與仿真

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1、工業(yè)永磁交流同步電機(jī)伺服系統(tǒng)控制策略及仿真：I：孟生才，汪發(fā)亮，馮德仁(1．馬鞍山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽馬鞍山243031；2．安徽工業(yè)大學(xué)，安徽馬鞍山243001)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。采用基于勵(lì)磁電流id=O的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制方法，實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的解耦控制。在境下建立了交流伺服系統(tǒng)的仿真模型，位置調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器均采用常規(guī)略。仿真結(jié)果驗(yàn)證了控制方案的正確性和有效性。服；矢量控制；MATLAB仿真中圖分類號(hào)：TM351文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009—9492(2010)08—0053—031永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型制(0以達(dá)到弱磁升速。本文分析id=0的情況。永磁同步電機(jī)

2、l_2的

3、數(shù)學(xué)模型沿用理想電機(jī)模型的一系=O轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)列假設(shè)：忽略鐵心飽和：不計(jì)渦流和磁滯損耗：轉(zhuǎn)子上沒(méi)的原理如圖1所示，它是一個(gè)位置、速度、電流閉環(huán)的三有阻尼繞組，永磁體也沒(méi)有阻尼作用；反電動(dòng)勢(shì)是正弦閉環(huán)系統(tǒng)。主要包括定子電流檢測(cè)、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)、速度環(huán)調(diào)節(jié)器、clarke變換、park變換與逆變換、SPWM控制則永磁同步電機(jī)三相在ABC坐標(biāo)系下電壓模型為：等幾個(gè)環(huán)節(jié)。[]=[；][]+p[LA：：三：][；]+pf]c，其中：ⅡA、、uc為三相繞組的相電壓瞬時(shí)值；iA、iic為三相繞組的相電流瞬時(shí)值；n、、為永磁體磁鏈在各繞組中的投影；P為微分算子(d／dt)；R為永磁

4、同步電機(jī)定子各相繞組的電阻；，JL日、￡分別為電機(jī)A、B、C三相繞組的電感；Mss、^、皿、帆A、肘^c為三定子繞組產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為：圖l永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)的原理式中：‘I)為電機(jī)機(jī)械角速度；e、eb、e為電機(jī)的反電永磁同步電機(jī)矢量控制要使實(shí)際的d、與給定的id、勢(shì)?！嗟龋蜐M足了實(shí)際控制的要求。在實(shí)際控制中，向電機(jī)定子注入的和從定子檢測(cè)的電流都不是iiq，而是三相=TL+B()協(xié)()(3)電流，所以必須進(jìn)行坐標(biāo)變化。又因?yàn)閐q坐標(biāo)系是定在電機(jī)轉(zhuǎn)子上的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，所以要實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換必須在控式中：為電磁轉(zhuǎn)矩；TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；啟為阻尼系制中實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置數(shù)；J為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。進(jìn)給

5、驅(qū)動(dòng)的電機(jī)大多工作于額定轉(zhuǎn)速以下，屬于恒轉(zhuǎn)2伺服電機(jī)采用的控制策略分析矩調(diào)速方式。在這類應(yīng)用場(chǎng)合中，追求的是在一定的定子控制策略分為控制=0以實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩輸出和控電流幅值下能夠輸出最大的轉(zhuǎn)矩，因此最佳的控制方式是國(guó)家863項(xiàng)目子課題(編號(hào)：2008ABJ307—102)收稿日期：2010—07—14控制使定子電流與d軸正交，與q軸重合，即保持／：o(即磁場(chǎng)定向控制)，使d軸電流分量和q軸電流分量間達(dá)到解耦作用?？刂七^(guò)程為：將位置信號(hào)指令與檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置相比較，經(jīng)過(guò)位置控制器的調(diào)整，輸出速度指令信號(hào)．速度指令信號(hào)與檢測(cè)到轉(zhuǎn)子速度信號(hào)相比較．經(jīng)速度控制器的調(diào)節(jié)，輸I吖J指令信號(hào)(電流控制器的給定

6、信號(hào))，同時(shí)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換，定子反饋的三相電流變換為id?i通過(guò)電流控制器使=O，與給定的相等，電流控制器的輸出為d、q軸的電壓經(jīng)坐標(biāo)變化為0【B坐標(biāo)下的電壓，通過(guò)SPWM模塊輸H{六路PWM驅(qū)動(dòng)IGBT．產(chǎn)生可變頻率和幅值的三相正弦電流輸入電機(jī)定子此時(shí)經(jīng)磁場(chǎng)定向控制的PMSM的電壓方程為：一(4)++圖2永磁交流伺服系統(tǒng)模型R=2．8751"~；Ld=Lq=O．0085H；=0．175wb。I，(5)【厶‘(1)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行突加負(fù)載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)給定轉(zhuǎn)速為2500r／min，待進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，在t=0．轉(zhuǎn)矩方程為：=pdi時(shí)突加負(fù)載T=6N·m，可得到系統(tǒng)各仿真曲線如圖3、圖從其轉(zhuǎn)矩方程中可以看出：由于轉(zhuǎn)子

7、是永磁結(jié)構(gòu)．其所示。常數(shù)，轉(zhuǎn)矩只與電樞電流的幅值成正比，只要在逆變器中控制好定子的電流的幅值．就會(huì)得到滿意的轉(zhuǎn)矩控制特性。定子頻率和相位由轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器的轉(zhuǎn)子磁極位置信號(hào)決定。此時(shí)在模型上可以將永磁交流電機(jī)看成一臺(tái)直流電機(jī)，控制也就變得簡(jiǎn)單多了。3永磁同步電機(jī)伺服模型的建立永磁交流伺服系統(tǒng)仿真模型如圖2所示，該模型主要組成部分為負(fù)載轉(zhuǎn)矩給定、反饋和PI模塊、SPWM模塊、永磁伺服電機(jī)模塊、測(cè)量模塊。負(fù)載轉(zhuǎn)矩給定環(huán)節(jié)。圖3穩(wěn)態(tài)運(yùn)行突加負(fù)載定圖4穩(wěn)態(tài)運(yùn)行突加負(fù)載可以根據(jù)具體數(shù)控機(jī)床的要求選擇負(fù)載．這主要是通過(guò)階子三相電流波形轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線躍函數(shù)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)：反饋和PI模塊環(huán)節(jié)，反饋采用的是比從定子三相

8、電流波形圖可以看出電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)三相例反饋，因?yàn)镻MSM參數(shù)設(shè)置極對(duì)數(shù)為2．所以反饋的電流在O．1s之前有較大波動(dòng)，最大電流達(dá)到20A，在O．1s角度為實(shí)際值的2倍，PI模塊可分別設(shè)定其P值和I值以后很快波形就趨于穩(wěn)定的正弦波，最大電流達(dá)到額定電及上下限幅值，具體參數(shù)在不同的系統(tǒng)中需反復(fù)湊試．以6A左右。得到最理想的波形時(shí)的參數(shù)為佳：SPWM模塊生成6路PWM信號(hào)輸m來(lái)驅(qū)動(dòng)逆變器；永磁伺服電機(jī)模塊，