基於SimuIink的永磁同步電機矢量控制系統研究
2020-12-06 電子產品世界
摘要：根據永磁同步電機(PMSM)在d-q坐標系下的數學模型，在Matlab／Simulink環境下，構建了永磁同步電機磁場定向矢量控制的仿真模型，並對PMSM控制系統進行了仿真研究，同時用仿真結果表明了該仿真模型的有效性以及控制算法的正確性，為永磁同步電機控制系統設計和調試提供了理論基礎。
關鍵詞：Simulink；PMSM；矢量控制；仿真模型
0 引言
永磁同步電機作為一種新型的電機，在結構上去掉了電刷和換向器，運行可靠性較高；而且結構簡單、體積小、運行時轉子無損耗。轉子磁場定向的矢量控制是交流伺服系統中使用較為廣泛的一種控制方式。其基本原理是通過坐標變換，在轉子磁場定向的同步坐標軸系上將電機定子的電樞電流分解為磁場電流和轉矩電流並分別控制，使交流電機具有和傳統直流電機同樣優良的運行性能。本文對基於轉子磁場定向的矢量控制進行了理論分析與研究，運用Matlab／Simulink對其調速運行進行了建模與仿真。
1 永磁同步電機的數學模型
為了實現永磁同步電機數學模型的解耦，通常採用dq0坐標下的數學模型，這樣便於分析永磁同步電機的穩態和動態性能。本文是根據Matlab7．0版本中的永磁同步電機數學模型來進行研究的。
式中，id、iq分別為定子電流的直軸分量和交軸分量，Ld、Lq分別為定子電感的直軸分量和交軸分量，p為極對數，R為定子電阻，ωr為轉子角速度，λ為電機磁鏈。
在dq0坐標系下，永磁同步電機的轉矩方程為：
式中，第一項稱為永磁同步電機的永磁轉矩，第二項稱為磁阻轉矩。
永磁同步電機運動學方程：
式中，J為電機轉動慣量，F為摩擦係數，θ為轉子的角度，Tm為電機的負載轉矩。
2 矢量控制原理
矢量控制又稱轉子磁場定向控制，磁場定向控制按同步旋轉參考坐標系定向方式可分為轉子磁場定向、氣隙磁場定向和定子磁場定向。轉子磁場定向可以得到自然的解耦控制，在實際系統中得到廣泛應用。永磁同步電動機矢量控制框圖如圖1所示。
圖1是一個雙閉環調速系統，主要由轉子磁極位置檢測及速度檢測模塊、坐標變換模塊、位置速度電流控制器、SPWM模塊、整流和逆變模塊等組成。
控制過程為：給定速度信號ω*與通過位置傳感器檢測計算得到的速度信號ω比較，經速度控制器調節，輸出指令信號，作為q軸電流控制器給定信號；d軸電流控制器的給定信號為0。電流採樣得到的三相定子電流ia、ib、ic，通過Clark坐標變換化為αβ坐標系兩相電流iα和iβ，再通過Park坐標變換後得到d-q旋轉坐標系下電流值id、iq，分別作為d軸和q軸電流調節器的反饋輸入，通過比較元件得到兩者的偏差，分別輸入到d軸和q軸的電流控制器，經調節後輸出電壓ud、uq，再經過Park坐標逆變換和Clark坐標系逆變換得到ua、ub、uc，經SPWM模塊輸出六路PWM，驅動IGBT產生頻率和幅值可變的三相正弦電壓輸入永磁同步電機。
相關焦點
-
基於TMS320F28035的永磁同步電機矢量控制系統研究
永磁同步電動機(PMSM)具有體積小、重量輕、結構多樣、可靠性高等優點。在數控工具機、工業機器人等自動化領域得到了廣泛的應用。數位化交流伺服調速系統採用的是目前非常流行的矢量控制算法，即電壓空間矢量脈寬調製(SVPWM)。 -
MATLAB/SIMULINK的永磁同步電機矢量控制系統仿真研究
傳統的控制方式由於引入了位置傳感器而給當前的調速系統帶來了一系列的問題：佔據了比較大的有效空間，使系統編程複雜。因此無位置傳感器控制系統的研究變得越發的重要。SIMULINK仿真永磁同步電機無傳感器矢量控制的系統結構框圖，在MATLAB/Simulink下建立PMSM驅動仿真分析，用id=0時的無傳感器矢量控制系統的仿真模型如圖2所示，各個模塊介紹如下：給定的參考轉速是700rpm;速度通過PI調節模塊，實現轉速的閉環控制策略，該調節採用了輸出限幅 -
學術|基於新型滑模觀測器的永磁同步電機無傳感器矢量控制系統
北京交通大學電氣工程學院的研究人員張立偉、李行、宋佩佩、張鵬、雲藍斯，在2019年《電工技術學報》增刊1上撰文指出，現代永磁同步電機矢量控制系統中多採用機械式速度傳感器檢測轉子位置和轉速信息，因電機內部工作環境複雜惡劣，機械式速度傳感器無法保證系統穩定性，因此逐漸採用無速度傳感器進行控制。 -
基於交流永磁同步電機的全數字伺服控制系統
摘要：根據永磁同步電機的數學模型和矢量控制原理，通過仿真和實驗研究，開發出一套基於DSP控制的伺服系統，並給出了相應的實驗結果驗證該系統的可行性。 -
三相永磁同步電機無傳感器矢量控制方案
引言永磁同步電機具有結構簡單、體積小、功率密度高、效率高和功率因數高等優點，在各種高性能驅動本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/329415.htm系統中得到廣泛的應用。 -
基於STM32的大扭矩永磁同步電機驅動系統
，具有效率高、振動與噪聲小、精度高、響應快、使用維修方便等一系列突出優點[1].近年來，隨著電力電子技術、永磁材料、電機設計與製造技術、傳感技術、控制理論等的發展，大扭矩永磁同步電機在數控工具機、礦山機械、港口機械等高性能系統中得到了越來越廣泛的應用[2 - 3]. -
高性能交流永磁同步電機伺服系統現狀
和異步電動機相比，它由於不需要無功勵磁電流，因而效率高，功率因數高，力矩慣量比大，定子電流和定子電阻損耗減小，且轉子參數可測、控制性能好；但它與異步電機相比，也有成本高、起動困難等缺點。和普通同步電動機相比，它省去了勵磁裝置，簡化了結構，提高了效率。永磁同步電機矢量控制系統能夠實現高精度、高動態性能、大範圍的調速或定位控制，因此永磁同步電機矢量控制系統引起了國內外學者的廣泛關注。 -
潛油永磁同步電機的控制應用
潛油永磁同步電機的控制方法目前常用於永磁同步電機的控制策略主要是磁場定向矢量控制（VC）和直接轉矩控制（DTC）。1 矢量控制方法磁場定向矢量控制首先應用於異步電機中，這之後被引入到永磁同步電機的控制中。矢量控制的基本思想就是模仿直流電機的磁場定向過程。 -
交流永磁同步電機的全數字伺服控制系統介紹
摘要：根據永磁同步電機的數學模型和矢量控制原理，通過仿真和實驗研究，開發出一套基於DSP控制的伺服系統，並給出了相應的實驗結果驗證該系統的可行性。 -
永磁同步電機系統在電動叉車上的應用
從各種電機的特點來看，異步電機可靠性高，永磁同步電機則綜合性能優良，但異步電機與永磁同步電機控制系統都面對控制器成本較高的問題。表1 所列是各種電動叉車驅動電機的性能比較。隨著計算機技術、傳感器技術及電力電子技術的發展，永磁同步電機系統在電動車輛領域將有更廣的應用。針對以上分析，本文介紹了一套電動叉車用永磁同步電機驅動系統，並與相同功率等級的直流電機進行了性能對比。 -
基於F2808的永磁同步電機伺服系統設計
摘要：設計了一種基於DSF F2808的永磁同步電機(PMSM)伺服控制系統，系統基於關鍵詞：同步電機；伺服控制；工程設計1 引言與其他電機相比，PMSM構成的交流伺服系統具有明顯的優勢，如效率高、低速性能好、轉子慣量小等，因此研究PMSM構成的高性能驅動和伺服控制系統，具有重要的理論意義和實用價值。 -
擴展卡爾曼濾波器在同步電機無速度矢量控制系統中的應用
男，博士，教授，研究方向：魯棒控制及複雜系統。摘要：針對機械式速度傳感器存在的系統複雜、適應性低以及成本高的問題，研究了一種基於擴展卡爾曼濾波器的無速度傳感器同步電機矢量控制系統，其在不改變電機本體機構的基礎上，使得同步電機矢量控制系統具有較強的適應性以及較低的成本，且可以精確地預測出電機的轉速 -
基於tanh函數的永磁同步電機無位置傳感器控制研究
關鍵詞：永磁同步電機；滑模觀測器；tanh函數；鎖相環 0 引言 永磁同步電動機自身具有的高可靠性、高功率密度、高效率以及相對較小的形狀體積等良好特性[1]，在新能源汽車中作為電動汽車的驅動系統已得到越來越廣泛的應用。 -
永磁同步伺服電機驅動器原理
現在，高性能的伺服系統，大多數採用永磁交流伺服系統其中包括永磁同步交流伺服電動機和全數字交流永磁同步伺服驅動器兩部分。伺服驅動器有兩部分組成：驅動器硬體和控制算法。控制算法是決定交流伺服系統性能好壞的關鍵技術之一，是國外交流伺服技術封鎖的主要部分，也是在技術壟斷的核心。 -
釹鐵硼永磁同步電機還有有哪些研究熱點呢？
釹鐵硼永磁同步電機的轉矩特性 為了提高電機的轉矩特性，許多學者和研究機構在永磁同步電機的結構設計上進行了大膽的嘗試和革新，並且取得了許多新進展。在同等功率要求的情況下，降低了逆變器容量，提高了驅動系統的效率。因此，電動汽車驅動用永磁同步電機普遍採用弱磁擴速。 -
基於FPGA的永磁同步電機控制器設計
摘要：提出一種基於FPGA的永磁同步電機控制器的設計方案，該設計可應用於具有高動態性能要求的永磁同步電機伺服控制系統。為提高伺服控制系統的實時性，簡化電路及節省成本，該系統設計採用Ahera公司生產的CycloneIII EP3C25Q240C8型FPGA器件實現電機控制器。嵌入NiosⅡCPU軟核配合片內硬體乘法器及可編程邏輯門陣列，實現軟硬體協同工作。通過QuartusⅡ軟體自帶的SignalTaplI嵌入式邏輯分析儀進行板上調試驗證，得到帶有死區輸出的PWM波形。 -
永磁同步伺服電機(PMSM)驅動器原理
永磁交流伺服系統的驅動器經歷了模擬式、模式混合式的發展後，目前已經進入了全數字的時代。全數字伺服驅動器不僅克服了模擬式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等確定，還充分發揮了數字控制在控制精度上的優勢和控制方法的靈活，使伺服驅動器不僅結構簡單，而且性能更加的可靠。現在，高性能的伺服系統，大多數採用永磁交流伺服系統其中包括永磁同步交流伺服電動機和全數字交流永磁同步伺服驅動器兩部分。 -
為什麼說和感應電機相比 比亞迪的永磁同步電機才是正確選擇?
，而國產純電動汽車則基本全部使用永磁同步電機呢？相比感應電機，永磁同步電機具有功率密度高、能量轉換效率高（約 90%-95%）、能耗較低等優勢。現階段電動汽車超過 90% 均採用交流異步電機或永磁同步電機，因為同等功率下永磁同步電機體積更小，效率更高，容易得到更多車企的青睞。雖然永磁體高溫下有退磁風險，但一些車企已經克服了這個問題，如比亞迪通過優化直軸電感及凸極率，提升了永磁同步電機的抗退磁能力。 -
大功率永磁低速同步電機的無傳感器控制
摘要：為了滿足大功率永磁同步電機(PMSM)在低速運轉時實現無傳感器控制的需要，研究了一種新型的滑模觀測器(SMO)方法。採用SMO對d，q坐標系下的感應電動勢進行估算，並結合鎖相環(PLL)原理得到轉子位置和速度，同時基於Lyapunov函數分析了SMO參數的收斂性，並對滑模增益的選擇進行了分析，該方法解決了傳統SMO算法在極低速下無法實現的問題。實驗結果表明，該方法能準確計算出電機的轉子位置和速度，使系統具有良好的穩態精度和動態性能。 -
永磁同步電機參數辨識方法的特點以及發展方向
永磁同步電機（permanent magnet synchronous motor, PMSM）以其結構簡單、功率密度高、控制性能好等優點得到廣泛應用。電機的高性能運行需要獲取精確的定子電阻Rs、dq軸電感Ld、Lq以及轉子磁鏈值，但這些電磁參數會隨電機負載以及溫度改變而發生變化，嚴重時會導致電機系統故障。