3开关频率的优化研究

《3开关频率的优化研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于SVPWM的PMSM控制系统中的开关频率优化与控制研究皮佑国张士雄罗映（华南理工大学自动化科学与工程学院，广东广州510640）摘要：提出一种在采用SVPWM的PMSM控制系统屮的开关频率优化方法，其关键思想在于：运动控制系统希望采用高的载波频率來获得好的控制性能，而开关器件对开关频率存在一疋的限制。在采用SVPWM的系统中，调制频率与电机的运行速度有关。提岀在高速时按照开关器件选择调制频率，在低速时进一步捉高调制频率，以充分利用开关器件的开关频率，从而获得更好的低速性能。分析了开关频率选择的约束条件，给出了基于SVPWM的交流永磁同步电机控制系统的仿真和原型实验的

2、构建和实验过程。仿真和原型实验结果验证了该方法的可行性和冇效性。关键词：高精度；矢量控制；频率优化中图分类号：TM301.2；TM344.6文献标识码：A1・引言在高精度永磁同步电机控制系统屮，通常采川电压空间矢量调制（SVPWM）技术。SVPWM把逆变器和电机视为一•体，按照跟踪圆形磁场来控制PWM电压，从而能取得更好的控制效果。理论上，开关频率越高，对圆形磁场的跟踪效果越好，转矩越平稳，系统性能越好⑴。但是，开关频率的选择要受到功率开关器件最小导通时间匚和最小关断吋间％『的限制⑵。在基于SVPWM的控制系统屮，开关频率可以通过设宣屮断周期控制，而脉宽指令的产生却和电

3、机运行速度、系统开关频率、母线电压等因素有关。在PWM调制的系统中，电动机是以脉冲的形式得到的电压激励的。在高速条件下，功率开关器件开关频率受到器件开关特性的限制。在低速的条件下，脉宽窄，间隔时间长，电磁转矩脉动人。如何充分利用功率器件的开关特性，在宽调速范围的系统中，获得在低转速下最稳定的电磁转愆，改善电动机的低速性能，是高精度、宽调速范围系统中的一个重要问题。本文的基本思想是，在高速时按照开关器件的特性选择调制频率；在低速时根据转矩平稳的性能要求选择较高的调制频率；在高速和低速Z间，调制频率随速度的变化进行线性调节。仿真和实验结果表明，采用该方法优化开关频率，在低速

4、时可以获得更好的控制效果。本文首先根据交流永磁同步电机的数学模型建立了基于SVPWM的矢量控制仿真实验和实验室原型实验模型，然后对系统的开关频率选择约束条件进行了分析，提出了一种开关频率优化策略，再按提岀的频率优化策略进行了实验研究。研究结果表明采用木文提出的调制频率优化策略改善了PMSM系统的低速转矩性能。2.系统建模PMSM控制系统结构为一•转速、电流双闭环系统，如图1所示⑶。控制部分主要实现数据采集、通信以及矢量控制算法等。驱动部分主要实现整流、逆变、隔离和故障检测等功能。本文实验原型中，电机采用2.7kw的4对极永磁同步电机，开关器件采用三菱的二电平智能功率模块

5、（IPM）,最大开关频率20kHZ,控制芯片采用TI公司的TMS320F2812专用DSP作者简介：皮佑国（1953）男，教授，博士住导师，主耍从事科能控制方而的研究oauygpi@scut.edu.cn芯片。图1实验平台的结构心控制部分□由图1可建立系统的数学模型。永磁同步电机在d、q旋转坐标系下的定了磁链方程为[4].■叫=也+L贏+M(1)髭(2)式中：J，0“分别为定子d、q轴磁链；L&,Lmd,Lq,Lm(｛分别为定子绕组d、q轴等效电感、互感；isd，isq，-，爲，if分别为定、转子d、q轴电流和转了励磁电流。电磁转愆方程为T严-甲丄"⑶式中：T,为电磁转

6、矩，几为极对数。将(1)(2)式带入(3)式，得Te=PALmd£+iJsq+(&/-Lq)』q-厶“//d1⑷对于永磁同步电机，爲=0丄讹匕+—)=/，带入(4)式，可得T严P3几+5-"也」⑸因为是永磁转了，/是近似怛定的值。式(5)说明，只要令isd=Of就可以像肓流电机那样，通过控制匚来控制转矩，从而实现三相永磁同步电机的控制参数解耦，实现转矩的线性化控制⑷。根据永磁同步电机的数学模型和基于SVPWM的欠量控制原理，建立的仿真模型，如图2基于SVPWM的PMSM矢量控制仿真系统为矢量生成模块，UniversalBridge为IPM的仿真模型，开关器件采用IGBT

7、,PMSM为永磁同步电机数学模型。仿真条件:仿真软件Matlab7.0,电机参数：定子电阻0.9585Q,d轴、q轴等效电感均为0.00525H,转子磁通0.1827IV/?,惯量0.0006329^.m2,摩擦系数O.OOO3O35N.m.s,极对数4。3.开关频率的优化研究3.1开关频率选择的约束条件分析为保证开关器件的可靠工作，必须使调制的脉冲波有个最小脉宽与最小间/的限制，以保证最小脉冲宽度大于开关器件的导通时间t()n，而最小脉冲间歇大于器件的关断时间toff0下而以七段法逼近方式为例，对SVPWM开关频率的最小周期进行分析。七