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1、永磁同步电机矢量控制策略的研究与实现,主要内容,基于永磁同步电机动态数学模型的控制策略 PMSM电机的FOC控制策略 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,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。,3/19,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。,4/19,5/19,三相静止坐标系下的定子磁链方程,其中
2、， 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:,6/19,2018/11/19,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,7/19,2018/11/19,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
3、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。,8/19,dq轴系下的电压方程,定子磁链方程,电压方程,9/19,2018/11/19,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/min,10/19,2018/11/19,11/19,2018/11/19,PMSM(Permanent synchronous
4、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 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标系上的电流 和 ，从而调节转矩和实现弱磁控制。 FOC中需要测量的量为：定子电流、 转子位置角,1、工作原理,14/19,以转子磁场定向 系统动态性能好，控制精度高 控制简单、具有直流电机的调速性能 运行平稳、转矩脉动很小,2、FOC特点
5、,15/19,控制 定子电流中只有交轴分量，是一种转子磁链定向控制，且定子磁动势空间矢量与永磁体磁场空间矢量正交，电机的输出转矩与定子电流成正比。控制相对比较简单，实现起来比较容易。 其性能类似于直流电机，控制系统简单，转矩性能好，可以获得很宽的调速范围，适用于高性能的数控机床、机器人等场合。电机运行功率因数低，电机和逆变器容量不能充分利用。,3、FOC控制方式,16/19,控制 控制交、直轴电流分量，保持PMSM的功率因数为1，在 条件下，电机的电磁转矩随电流的增加呈现先增加后减小的趋势。 可以充分利用逆变器的容量。不足之处在于能够输出的最大转矩较小。 最大转矩/电流比控制 也称为单位电流输
6、出最大转矩的控制（最优转矩控制）。 它是凸极PMSM用的较多的一种电流控制策略。当输出转矩一定时，逆变器输出电流最小，可以减小电机的铜耗。对于表面式永磁同步电机来说， 的控制即为最大转矩电流比控制。,17/19,（1）SVPWM模块,（2）电流读取模块,（3）转子速度/位置反馈模块,（4）PID控制模块,（5）坐标变换模块,18/19,19/19,2018/11/19,1.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,
