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永磁同步电机矢量控制的分析

更新日期:2018-01-18
摘要:上次我们有介绍过永磁同步电机的控制方法,可知此电机的控制方法有三种。那么对于永磁同步电机矢量控制的分析又是怎样的呢?接下来一同探讨下吧!
永磁同步电机
 
 
上次我们有介绍过永磁同步电机的控制方法,可知此电机的控制方法有三种。那么对于永磁同步电机矢量控制的分析又是怎样的呢?接下来一同探讨下吧!
 
随着高功能永磁材料、电力电子技术、大规模集成电路和核算机技术的发展,永磁同步(PMSM)的应用领域不断扩大,在数控机床,机器人等高精度控制范围得到了广泛的应用。
 
因为对电机控制功能的要求越来越高,永磁同步电机矢量控制系统能够完成高精度、高动态功能、大范围的调速或定位控制,永磁同步矢量控制系统的研讨已成为中小容量交流伺服系统研讨的要点之一,怎么树立有用的仿真模型越来受到人们的重视。本文在分析永磁同步数学模型的基础上,用MATLAB语言中的Simulink和Power System B1ock模块树立了控制系统的仿真模型,对得出的仿真成果进行了如下的分析。
 
1、永磁同步电机数学模型
 
永磁同步的数学模型依据以下假定:
 
① 疏忽饱满、涡流、磁滞效应的影响;
 
② 电机的电流为对称的三相正弦波电流;
 
③ 永磁体磁动势叵定,即等效的励磁电流安稳不变;
 
④ 三相定子绕组在空间呈对称星形散布,定子各绕组的电枢电阻电枢电感持平。
 
永磁同步电动机是交流同步调速系统的首要环节,分析其数学模型对把握其调速特性尤为重要。取转子永磁体基波励磁磁场轴线为d轴,q轴顺着旋转方向超前d轴90度电视点,dq轴系伴随转子以角速度ωr一道旋转,它的空间坐标以d轴与参阅轴α间的电视点θr来表明,则理想永磁同步在dq旋转坐标系中的数学模型能够写成如下形式:
 
QQ截图20180118113054.png
 
依据数学模型用Simulink树立了永磁同步的模块如图2.1所示:
 
QQ截图20180118104415.png
 
2、永磁同步电机交流伺服系统控制原理
 
QQ截图20180118113112.png
 
由上式能够看出,永磁同步的电磁转矩根本上取决于定子电流在q轴上的重量。因为永磁同步的转子磁链安稳不变,所以遍及选用按转子磁链定向的矢量控制,控制的本质就是通过对定子电流的控制来完成交流永磁同步电动机的转矩控制。转速在基速以下时,在定子电流给定的情况下,控制id=0能够更有用的发生转矩,这时电磁转矩Tem=Pniqψr,可见电磁转矩就随着iq的改变而改变,这种控制办法最为简略。可是转速在基速以上时,因为永久磁铁的励磁磁链为常数,电机感应电动势随着电机转速成正比例的增加。电动机感应电压也随着进步,可是又要遭到与电机端相连的逆变器的电压上限的约束。
 
在实践控制中,系统检测到的是流入电机的三相定子电流,所以有必要进行坐标改换,把三相定予坐标上的电流重量经park,clarke改换成转子坐标系上的电流重量。要完成定子坐标系到转子坐标系的改换有必要在控制中实时检测电机转子的方位,常用的转子方位检测传感器有增量式光电编码器,肯定式光电编码器和旋转变压器。方位信号指令与检测到的转子方位相比较,通过方位控制器的调整,输出速度指令信号,速度指令信号与检测到的转子速度信号相比较,经速度调理器的调理,输出控制转矩的电流重量i*q,电流重量给定信号与通过坐标改换的电机实践电流重量比较,通过电流控制器核算,其输出量经反park改换用于核算发生PWM驱动IGBT,发生可变频率和幅值的三相正弦电流输入电机定子,驱动电机作业。
 
QQ截图20180118112747.png
 
3、系统仿真
 
图4.1三相永磁同步电机矢量控制仿真框图依据转子磁场定向的三相PMSM矢量控制系统仿真框图如图4.1所示。图中PI模块为速度环PI控制器,依据电机实践速度及给定速度来断定电流转矩重量;PWM模块选用电流滞环控制(如图4.2),使电机实践电流跟从给定电流改变,详细完成如图4.3;模块dq2abc完成2r/3s改换,详细完成如图4.4,其间函数模块Fcn、Fcnl和Fcn2一同完成2r/3s改换;MMD模块为电机丈量模块,它实时测量电机的速度、电流、转子方位等信号:PMSM模块为MATLAB提供了永磁同步电机模型,它的具体实现如图2.1。
 
4、仿真图形及成果分析
 
QQ截图20180118104650.png
 
仿真中用到的电机参数如下:定子电阻为2.875Ω,定子直轴电感和交轴电感都为8.5e一3H,永磁磁极与定子绕组交链的磁链为0.175Wb,转动惯量0.8e一3kgm2,极对数6,给定转速为ωr=500rpm,在t=0.03s时,负载转矩由ON·m突变为6N·m,见图(5.1)。
 
由上述仿真成果可知,普通三相永磁同步电机选用依据转子磁场定向的矢量控制计划,且速度外环选用PI控制时,速度响应进程中有必定超调见图(5.2)。当突加负载时,速度当即下降,然后逐步康复安稳见图(5.3):若在速度外环选用PID控制,即在速度外环加一个小的微分环节D并恰当下降比例放大系数P,可有用下降超调量,而且缩短电机发动和突加负载时电机抵达稳态的时刻。交轴实践电流始终盯梢交轴给定电流见图(5.5),且发动进程中和突加负载时,两者改变起伏较大,而安稳时两者都根本安稳,稳态时电磁力矩安稳见图(5.4),以便平衡外加负载;速度安稳时三相定子电流为规整的正弦电流,且相位顺次相差约120°。
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