永磁同步电机的矢量控制策略的研究和实现(1).ppt

永磁同步电机矢量控制策略的研究与实现 主要内容l基于永磁同步电机动态数学模型的控制策略lPMSM电机的FOC控制策略l后续的工作2/19一.永磁同步电机动态数学模型的控制策略l电动机是电能与机械能转换的能量载体，电气传动控制技术则通过电压、电流、频率等电气量，实现速度、转矩、角度、位移等机械量的控制、使得生产机械按照人们期望的方式运行。3/19l 相对于异步电机，永磁同步电机具有功率密度大，功率因数高，效率高，体积小、重量轻等特点。作为一种极具发展前景的新型电机，由于其自身的优良性能，具有节能环保的特点，将会赢得更为广阔的发展空间。4/195/19三相静止坐标系下的定子磁链方程其中，为定子三相绕组的磁链，为定子三相绕组的自感系数，为定子三相绕组两两之间的互感系数，为 方向与A相绕组轴线方向的夹角。三相静止坐标系下的电压方程:6/192024/5/21 周二定子三相绕组是对称的且互为120度，所以有:由于三相绕组是星型连接，且无中线，所以有:所以三相静止坐标系下的定子磁链方程可表示为电压方程可表示为转子电角速度可表示为7/192024/5/21 周二电磁转矩方程可表示为 根据永磁同步电机在三相静止坐标系下的数学模型公式可以看出，许多电机参数和转子位置角度有关，而其是时变系数，所以此时系统是非线性的。由于非线性系统的复杂性，利用坐标变换原理简化永磁同步电机的数学模型。根据坐标变换原理，可建立永磁同步电机在两相旋转坐标系下的数学模型。8/19dq轴系下的电压方程定子磁链方程定子磁链方程电压方程电压方程9/192024/5/21 周二电磁转矩方程可表示为 从上式可知，由于转子磁链幅值为恒定值，通过控制永磁同步电动机定子电流的d,q轴分量便可控制永磁同步电机的电磁转矩输出。运动方程可表示为其中，J为转动惯量，B为粘滞摩擦系数。对于表贴式三相PMSM，定子电感满足其中，为电机的机械角度，rad/s；Nr为电机的转速,r/min10/192024/5/21 周二11/192024/5/21 周二lPMSM(Permanent synchronous motor)的控制策略按转子磁链定向的矢量控制系统直接转矩控制系统非线性控制系统自适应控制滑膜变结构控制智能控制l在上述诸多控制策略中，只有前两种方法广泛应用于实际的变频调速系统中。而其他的控制方法大都停留在理论实验阶段，并没有在实际中得到广泛应用。12/19二.PMSM电机的FOC控制策略13/19 定子电流经过坐标变换后转化为两相旋转坐定子电流经过坐标变换后转化为两相旋转坐标系上的电流标系上的电流 和和 ，从而调节转矩和实现，从而调节转矩和实现弱磁控制。弱磁控制。FOC中需要测量的量为：定子电流、中需要测量的量为：定子电流、转子位置角转子位置角 1、工作原理14/19n以转子磁场定向以转子磁场定向n系统动态性能好，控制精度高系统动态性能好，控制精度高n控制简单、具有直流电机的调速性能控制简单、具有直流电机的调速性能n运行平稳、转矩脉动很小运行平稳、转矩脉动很小2、FOC特点15/19n 控制控制 定定子子电电流流中中只只有有交交轴轴分分量量，是是一一种种转转子子磁磁链链定定向向控控制制，且且定定子子磁磁动动势势空空间间矢矢量量与与永永磁磁体体磁磁场场空空间间矢矢量量正正交交，电电机机的的输输出出转转矩矩与与定定子子电电流流成成正正比比。控控制制相相对对比较简单，实现起来比较容易。比较简单，实现起来比较容易。其其性性能能类类似似于于直直流流电电机机，控控制制系系统统简简单单，转转矩矩性性能能好好，可可以以获获得得很很宽宽的的调调速速范范围围，适适用用于于高高性性能能的的数数控控机机床床、机机器器人人等等场场合合。电电机机运运行行功功率率因因数数低低，电电机机和逆变器容量不能充分利用。和逆变器容量不能充分利用。3、FOC控制方式16/19n 控制控制 控控制制交交、直直轴轴电电流流分分量量，保保持持PMSMPMSM的的功功率率因因数数为为1 1，在在 条条件件下下，电电机机的的电电磁磁转转矩矩随随电电流流的的增增加加呈呈现先增加后减小的趋势。现先增加后减小的趋势。可可以以充充分分利利用用逆逆变变器器的的容容量量。不不足足之之处处在在于于能能够够输输出出的最大转矩较小。的最大转矩较小。n最大转矩最大转矩/电流比控制电流比控制 也也称称为为单单位位电电流流输输出出最最大大转转矩矩的的控控制制（最最优优转转矩矩控控制制）。它它是是凸凸极极PMSMPMSM用用的的较较多多的的一一种种电电流流控控制制策策略略。当当输输出出转转矩矩一一定定时时，逆逆变变器器输输出出电电流流最最小小，可可以以减减小小电电机机的的铜铜耗耗。对对于于表表面面式式永永磁磁同同步步电电机机来来说说，的的控控制制即即为最大转矩电流比控制。为最大转矩电流比控制。17/19（1 1）SVPWMSVPWM模块模块（2 2）电流读取模块）电流读取模块（3 3）转子速度）转子速度/位置反馈模块位置反馈模块（4 4）PIDPID控制模块控制模块（5 5）坐标变换模块）坐标变换模块18/1919/192024/5/21 2024/5/21 周二周二周二周二1.研究永磁同步电机矢量控制系统的工作原理、模型建立和仿真验证;2.采用TMS320F28335数字信号处理器为控制芯片，完成永磁同步电机矢量控制系统的软硬件设计与实现;3.并对交流调速实验平台进行搭建和实验验证，可以实现高性能的数字化调速算法及智能控制算法实验。硬件部分：设计永磁同步电机矢量控制系统的控制板电路和电源电路、系统主电路、信号检测电路和系统保护电路。软件部分：在硬件平台建立的基础上，设计永磁同步电机矢量控制系统的主程序、中断服务子程序、转子位置及转速计算程序、空间电压矢量调制程序等。以此为基础，搭建永磁同步电机矢量控制系统的交流调速实验平台，完成系统空载启动实验、给定转速突增和突减实验、负载转矩突增和突减实验。三、需要做的工作