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PMSM电机控制

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点击次数:更新时间:2018-06-02 17:06:25

PMSM的励磁转矩决定于永磁体励磁磁场的强度以及定子电流空间矢量的幅值和相位,磁阻转矩的大小也与定子电流矢量的幅值和相位有关?总之,在电动机结构确定后,电磁转矩值便完全取决于定子电流矢量的幅值和相位?倘若能够通过电动机外部的控制系统,既能独立地控制定子电流矢量z,的幅值,又能独立地控制其相位,就实现了对PMSM的矢量控制?对面装式结构,也就将PMSM转换为了一台他励直流电动机;对于插入式和内装式结构,还要附加上磁阻转矩?

 

(1) 电机控制方式

 

为使问题简化,先来分析面装式结构的PMSM,然后再考虑插入式和内装式的凸极效应。

由于y是不可调节的,因此矢量控制就是控制定子电流矢量i?的幅值和空间相位?在电路上就是控制1的大小和其相对E?的相位y(内功率因数角)?

  当控制B=x/2时,如图2-7所示,i,(f,)与i(y)正交?此时,1,与E同相位,因此每安电流产生的转矩值最大,可以获得最大的转矩/电流比,电动机的铜耗也最小?显然,这是一种很有吸引力的运行状态?目前,由面装式PMSM组成的高性能伺服驱动系统在恒转矩运行区,几乎都采用这种控制方式此时的电磁转矩为

Te=pn?fiq=pnLmifiq

  以时间相量表示时,为Te=3PnLmIfIs=(3pn/?r)E0Is  

 

(2)电机矢量控制

  下面讨论如何实现对i?的矢量控制?

在三相感应电动机转子磁通矢量控制中,是通过控制同步旋转MT轴系中的两个坐标矢量is和ir来控制i的幅值和相位,为了能独立地控制励磁分量和转矩分量,或者说为使iM成为励磁分量,ir成为矩阵分量,就要先观测转子磁场轴线位置,然后使M轴与转子磁场取得一致,即进行磁场定向?

  在PMSM中,同样可以通过控制同步旋转dq轴系中的两个坐标分量id和i来控制i,的幅值和相位,但与三相感应电动机不同的是,这里的dq坐标已自然在转子上,转子励磁磁场轴线即为d轴?由于PMSM的转子磁极在物理上是可观测的,因此可通过传感器直接检测到轴线位置?相对而言,这要比观测感应电动机内的转子磁场容易得多?从这一角度说,矢量的控制要比感应电动机容易实现?

  对于给定的id和i4坐标分量值,可以采用矢量变换,也可采用坐标变换,将其转换为三相电流指令值,前者利用变换因子e,后者利用如下变换式,即

 

电机矢量控制

  为实现上述变换,就要随时取得转子位置信息0,?通常在电动机轴端(非负载端)安装光电编码器或分解器,随时检测转子磁极轴线位置,给出角度信

  

(3)矢量控制系统

  ①逆变器与快速电流控制在下面的讨论中,假定定子三相电流是由高开关频率的电流可控PWM逆变器强迫输入电动机的?对这种逆变器及其采用的电流调制与控制方式在第1章中已做了介绍和说明,这里不再赘述?

由于快速电流环的控制使定子电流能快速跟踪参考电流,因此定子绕组相当于是由电流源供电的?这种控制的优点由图2-10和图2-11可以看出,由于定子电流是强迫输入的,因此可以减小定子电感以及反电动势对伺服驱动系统动态的影响,也简化了控制过程?因为由式(230)可知,电磁转矩的响应速度取决于定子电流的跟踪能力?采用各种快速电流控制方法就是要提高这种跟踪能力,尽量减少跟踪过程中的延迟或畸变?然而,这种电流快速跟踪能力,要受到逆变器电压极限的限制?正如式(2-4)所示,定子电流的变化速率越大,需要的驱动电压越高?

②面装式PMSM矢量控制系统由于计算机技术的发展,特别是数字信号处理器(DSP)的广泛应用,加之传感技术或无传感器控制技术以及现代控制理论(包括智能控制)的日渐成熟,使得交流电动机矢量控制不仅理论上更加完善,而且实用化程度也越来越高?可以说,目前在高性能交流伺服驱动系统中,已很少不采用矢量控制技术?



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