永磁交流同步电机伺服系统控制策略与仿真

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1、工业永磁交流同步电机伺服系统控制策略及仿真：I：孟生才，汪发亮，冯德仁(1．马鞍山职业技术学院，安徽马鞍山243031；2．安徽工业大学，安徽马鞍山243001)电机的数学模型。采用基于励磁电流id=O的转子磁场定向矢量控制方法，实现永磁同步电机的解耦控制。在境下建立了交流伺服系统的仿真模型，位置调节器、速度调节器和电流调节器均采用常规略。仿真结果验证了控制方案的正确性和有效性。服；矢量控制；MATLAB仿真中图分类号：TM351文献标识码：A文章编号：1009—9492(2010)08—0053—031永磁同步电机的数学模型制(0以达到弱磁升速。本文分析id=0的情况。永磁同步电机

2、l_2的

3、数学模型沿用理想电机模型的一系=O转子磁链定向矢量控制的永磁同步电机伺服系统列假设：忽略铁心饱和：不计涡流和磁滞损耗：转子上没的原理如图1所示，它是一个位置、速度、电流闭环的三有阻尼绕组，永磁体也没有阻尼作用；反电动势是正弦闭环系统。主要包括定子电流检测、转子位置检测、速度环调节器、clarke变换、park变换与逆变换、SPWM控制则永磁同步电机三相在ABC坐标系下电压模型为：等几个环节。[]=[；][]+p[LA：：三：][；]+pf]c，其中：ⅡA、、uc为三相绕组的相电压瞬时值；iA、iic为三相绕组的相电流瞬时值；n、、为永磁体磁链在各绕组中的投影；P为微分算子(d／dt)；R为永磁

4、同步电机定子各相绕组的电阻；，JL日、￡分别为电机A、B、C三相绕组的电感；Mss、^、皿、帆A、肘^c为三定子绕组产生的电磁转矩表达式为：图l永磁同步电机伺服系统的原理式中：‘I)为电机机械角速度；e、eb、e为电机的反电永磁同步电机矢量控制要使实际的d、与给定的id、势。‘相等，就满足了实际控制的要求。在实际控制中，向电机定子注入的和从定子检测的电流都不是iiq，而是三相=TL+B()协()(3)电流，所以必须进行坐标变化。又因为dq坐标系是定在电机转子上的旋转坐标系，所以要实现坐标变换必须在控式中：为电磁转矩；TL为负载转矩；启为阻尼系制中实时检测电机转子的位置数；J为电机转动惯量。进给

5、驱动的电机大多工作于额定转速以下，属于恒转2伺服电机采用的控制策略分析矩调速方式。在这类应用场合中，追求的是在一定的定子控制策略分为控制=0以实现最大转矩输出和控电流幅值下能够输出最大的转矩，因此最佳的控制方式是国家863项目子课题(编号：2008ABJ307—102)收稿日期：2010—07—14控制使定子电流与d轴正交，与q轴重合，即保持／：o(即磁场定向控制)，使d轴电流分量和q轴电流分量间达到解耦作用。控制过程为：将位置信号指令与检测到的转子位置相比较，经过位置控制器的调整，输出速度指令信号．速度指令信号与检测到转子速度信号相比较．经速度控制器的调节，输I吖J指令信号(电流控制器的给定

6、信号)，同时经过坐标变换，定子反馈的三相电流变换为id⋯i通过电流控制器使=O，与给定的相等，电流控制器的输出为d、q轴的电压经坐标变化为0【B坐标下的电压，通过SPWM模块输H{六路PWM驱动IGBT．产生可变频率和幅值的三相正弦电流输入电机定子此时经磁场定向控制的PMSM的电压方程为：一(4)++图2永磁交流伺服系统模型R=2．8751"~；Ld=Lq=O．0085H；=0．175wb。I，(5)【厶‘(1)稳态运行突加负载实验系统给定转速为2500r／min，待进入稳态后，在t=0．转矩方程为：=pdi时突加负载T=6N·m，可得到系统各仿真曲线如图3、图从其转矩方程中可以看出：由于转子

7、是永磁结构．其所示。常数，转矩只与电枢电流的幅值成正比，只要在逆变器中控制好定子的电流的幅值．就会得到满意的转矩控制特性。定子频率和相位由转子位置检测器的转子磁极位置信号决定。此时在模型上可以将永磁交流电机看成一台直流电机，控制也就变得简单多了。3永磁同步电机伺服模型的建立永磁交流伺服系统仿真模型如图2所示，该模型主要组成部分为负载转矩给定、反馈和PI模块、SPWM模块、永磁伺服电机模块、测量模块。负载转矩给定环节。图3稳态运行突加负载定图4稳态运行突加负载可以根据具体数控机床的要求选择负载．这主要是通过阶子三相电流波形转速响应曲线跃函数模块来实现：反馈和PI模块环节，反馈采用的是比从定子三相

8、电流波形图可以看出电机在启动时三相例反馈，因为PMSM参数设置极对数为2．所以反馈的电流在O．1s之前有较大波动，最大电流达到20A，在O．1s角度为实际值的2倍，PI模块可分别设定其P值和I值以后很快波形就趋于稳定的正弦波，最大电流达到额定电及上下限幅值，具体参数在不同的系统中需反复凑试．以6A左右。得到最理想的波形时的参数为佳：SPWM模块生成6路PWM信号输m来驱动逆变器；永磁伺服电机模块，