怎样理解永磁同步电机原理控制中的“矢量控制”

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2016-12-28 16:11 标签： 永磁同步电机矢量控制
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永磁同步电动机两种矢量控制方式的仿真研究
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核心提示：　　随着机器人，数控机床等技术的发展，人们对高性能伺服系统的需求不断增长，由于永磁同步电机矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制，永磁同步电机矢量控制系统的研究已成为中小容量交
　　随着机器人，数控机床等技术的发展，人们对高性能伺服系统的需求不断增长，由于永磁同步电机矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制，永磁同步电机矢量控制系统的研究已成为中小容量交流伺服系统研究的重点之一。永磁同步电动机矢量控制调速控制思想是以电机控制参数的实时解耦，实现电机的转矩控制，达到与直流电动机一样的调速性能。在实现永磁同步电动机矢量控制调速的要求时，往往需要借助于仿真，通过仿真可使调速系统调试更方便，并能更快地实现控制。本文选用了MATLAB语言中的Simulink和PowerSystemBlock模块建立了控制系统的仿真模型，将得出的仿真结果进行了分析2好磁场定向下的永磁同步电动机数学模型永磁同步电动机是交流同步调速系统的主要环节，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度电角度，dq轴系随同转子以电角度阶一道旋转，它的空间坐标以d轴与轴as间的电角度0r来表示，则理想永磁等；邓智泉（1969-），男，博士后，副教授，研究方向为电机控制，无轴承电机，高速电机等。同步电机在dq旋转坐标系中的数学模型可以写成如下形式：根据数学模型用Simulink建立了永磁同步电机的模块如所示。　　3电流控制电压型逆变器为了实现转子磁场定向的矢量变换控制，需要控制定子电流矢量的幅值和方向。电流控制电压型逆变器能够实现对电机定子电流矢量幅值和方向的控制。逆变器的性能在很大程度上决定着整个永磁同步电机矢量控制系统的性能和可靠性。本文设计的电流控制电压型逆变器的结构如圄2所示，逆变器将频率固定的三相交流电转换成频率、相位、幅值可变的三相交流电。逆变器的输出电流由电流控制器控制。　　用simulink建立了逆变器的模块如圄3所示。　　4转子磁场定向控制变频调速系统4.1永磁同步电动机转子磁场定向矢量控制原理在调速系统中，最关键的问题是实现交流电动机瞬时力矩的高性能控制。7永磁同步电动机的电磁转矩是由气隙磁通和定子磁动势的相互作用产生的。在=0即转子磁场定向控制方，定子电流矢量的菌轴分量为0，电磁转矩仅与定子电流中的交轴分量有关，每单位定子电流产生的转矩值最大圄4为采用=0电流控制的控制系统原理圄。永磁同步电动机在其转子上装有永磁材料，可以产生恒定磁场。与转子同轴装有位置检测器，它可以检测永磁体的磁极位置，用位置信号控制同步电动机定子电流的相位，可以实现转子磁场方向与电枢电流矢量在空间上保持正交，在其他条件一定时，所产生的电磁转矩最大，所产生的电磁转矩和定子电流成线性关系。此时的永磁同步电动机就芫全等效成一台直流电动机。交流电机的矢量控制技术发展成为两种主要形式：前馈型矢量控制和反馈型矢量控制。4.2永磁同步电机前馈型矢量控制前馈型矢量控制又名间接型矢量控制，这类控制系统的组成方案是多种多样的，圄5仅是其中一种方案的MATLAB模型。前馈型矢量控制与反馈型矢量控制不同，它无需磁通反馈，根据来自于电机模型中的系统参数电枢全交链磁通给定值，由和通过运算就可以得到电磁转矩的值。圄5采用了速度和转矩控制环D的串极控制结构。　　速度值ffl*与实际值叫比较后，将其差值作为速度调节器的输入。速度调节器是个tb例积分调节器，它的输出是转矩实际值。实际值J；与值比较后输入到转矩调节器，转矩调节器也是个tb例积分调节器，转矩调节器的输出便是交轴电流给定值。由（，和转子位置实际值通过dq轴系到ABC轴系的坐标变换，便得到定子电流电流跟踪给定电流，从而得到需要的输出转矩。　　反馈型矢量控制又名直接型矢量控制，这类控制系统也有多种组成方案，圄6仅是其中一种方案的MATLAB仿真模型。圄中最关键的部分是磁通运算器，用simulink建立了磁通运算器模块如圄7所示。根据永磁同步电机在同步旋转d，q，0坐标系中的电压方程，将检测到得两相定子电流和电压用于计算磁链参数，于是可以得到d，q，0坐标系的磁链和9，经过矢量合成可以得到全交链磁通妒/，由以/和~通过运算就可以得到电磁转矩的值7，将其与转矩实际值7；比较后经PI调节器调节后输出交轴电流给定值<.与前馈型矢量控制同理，两相电流输入到电流控制逆变器，使得实际电流跟踪给定电流，从而得到需要的输出转矩。　　4.4永磁同步电动机两种矢量控制方式的仿真结果仿真中用到的电机参数如下：定子电阻为246W，定子直轴电感和交轴电感都为8.5e-3H，永磁磁极与定子绕组交链的磁链为0.175Wb，转动惯量0.8e-3kgm2，极对数4，给定转速为岣=700〃押，在户0.06 s时，负载转矩由3N-m突变为1N-m.将两个转子磁场定向的控制系统在Matlab中远行，假设仿真时电机参数不随转速、频率变化，得仿真波形如圄8、圄9所示。根据仿真结果可得如下结论：反馈型和前馈型矢量控制的核心都是采用坐标变换的方法实现交流电机瞬时转矩的有效控制。两种矢量控制系统都能获得良好的调速性能。　　反馈型矢量控制系统比较复杂，而前馈型矢量控制系统简单；6）仿真验证了关于矢量控制调速系统理论的正确性和实用性；5结论本文将两种常用的矢量控制调速系统作了仿真，由仿真结果得出了与理论分析一致的结论，仿真中建立的几个仿真模型可为调速系统的分析和参数设计提供。　　3陈坚，交流电机数学模型及调速系统。北京：国防工业出版社王成元，等。矢量控制交流伺服驱动电动机。北京：机械工业出版社，1995.程卫国。MATLAB5.3应用指南。北京：人民邮电出版社，1999.曾朝晖。永磁同步电机矢量控制策略研究。南京：东南大学，见诚尚志，等著，胡玉雁徐崇庶译交流伺服电动机及其微机控制。徐州：中国矿业大学版社，1988.工具类服务
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永磁同步电机矢量控制在电梯系统中的应用
本文首先通过对电梯曳引机及其驱动系统组成部件和子系统的逐个分析，得出了永磁同步电机、编码器位置反馈系统、抱闸制动系统，变频驱动系统等对电梯系统性能和运行质量的作用和影响。进而，结合工作实践经验与技术问题反馈，对相应的部件与子系统提出了改进方法和设计改进建议。利用永磁同步电机物理模型和数学模型，建立了定子磁链与电压方程，以及电磁转矩方程。通过对绝对和相对式光电编码器的分析，以及通过电感检测转子磁场初始位置的分析，分别给出在运动和静止状态永磁同步电梯曳引机转子位置检测的方法。通过对电梯第二位置传感器的工作原理以及电梯运行曲线的产生原理与计算方法的分析，得出电梯平层运行以及提高电梯运行舒适感的方法。在对于抱闸制动子系统的工作原理与系统要求的分析的基础上，找到抱闸动作延时，抱闸动作不同步以及抱闸温升误动作等问题的原因，并提出了相应的解决方法。利用坐标变换与矢量变换和调速控制系统的基本结构的分析，建立基于电梯曳引机转子定向的矢量控制系统，并比较了弱磁控制，恒压控制等各种不同的控制方式。在对控制电路部分和功率驱动部分相应功能、典型配置分析的基础上，建立了永磁同步电机矢量控制系统的硬件结构系统。本文还根据目前电梯系统设计趋势，对能耗指标和PWM脉冲对电机绝缘冲击两个实际问题进行了重点分析。　　
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