基于id=0的永磁同步電機(jī)矢量控制研究

王　軍,潘　健（湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,武漢　430068）

基于id=0的永磁同步電機(jī)矢量控制研究

王軍,潘健
（湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,武漢430068）

近三十多年來(lái)電動(dòng)機(jī)矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制等控制技術(shù)的問(wèn)世和計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)的進(jìn)步，使得電動(dòng)機(jī)的控制理論和實(shí)際控制技術(shù)上升到了一個(gè)新的高度。據(jù)目前情況而言，交流永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大多選擇采取矢量控制的方式，本文主要從id=0控制的角度對(duì)其進(jìn)行研究。

矢量控制；id=0；研究

交流永磁同步電機(jī)（后文簡(jiǎn)稱(chēng)PMSM）矢量控制思想本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就是通過(guò)對(duì)定子電流的矢量相位和幅值的控制從而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩。由式（4.23）可知，如果npψriq和np（Ld-Lq）的值如果確定，轉(zhuǎn)矩此時(shí)僅由id和iq來(lái)決定，而且兩者一定是跟蹤著一定的id*和iq*，且與一定的轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)，因此便可以達(dá)到電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的目的。

由于實(shí)際接入電機(jī)電樞繞組的電流是三相交流的，假定分別為iu，iv，iw，由此，id和iq的反饋值必須在變換陣進(jìn)行變換。因?yàn)閐軸方向與永磁體磁鏈方向是一致的，PMSM轉(zhuǎn)子在空間的位置就是d軸的空間位置，而且可由速度/位置傳感器進(jìn)行測(cè)量得到。必須說(shuō)明，對(duì)電機(jī)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)運(yùn)行來(lái)說(shuō)電流矢量控制都是可行的。還因?yàn)閕d和iq兩者都是可以單獨(dú)控制的，使得各種先進(jìn)的控制更容易實(shí)現(xiàn)。

id=0控制就是讓PMSM定子電流的直軸分量始終等于0。由PMSM在dq坐標(biāo)下的電壓方程：

直軸電流等于0，也就是說(shuō)直軸繞組等效電路開(kāi)路狀態(tài)不工作。于是，不妨忽略定子直軸電壓分量的影響，僅由交軸電壓方程可得：此時(shí)PMSM和他勵(lì)直流電機(jī)雷同，定子電樞繞組即是交軸電流分量；勵(lì)磁磁鏈等于轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁鏈，其大小恒定不變；在等效交軸繞組中，勵(lì)磁電勢(shì)只和轉(zhuǎn)子角速度成正比。因?yàn)槎ㄗ哟艅?dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)兩者的空間矢量是正交的，所以此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩跟交軸電流成正比，由式（4.23）簡(jiǎn)化得到：

僅當(dāng)iq增大到imax時(shí)，電機(jī)達(dá)到恒定的最大電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速?gòu)?提速至額定轉(zhuǎn)速，反電動(dòng)勢(shì)也相應(yīng)增大，其值接近電壓限幅值。根據(jù)電機(jī)參數(shù)，此時(shí)電壓極限橢圓與電流極限圓兩者在q軸上相交，交點(diǎn)在q軸上電流極限圓的頂點(diǎn)A位置，如圖4-2所示，可以得到A點(diǎn)位置的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩：

當(dāng)轉(zhuǎn)速超出額定值繼續(xù)升速時(shí)，電壓極限橢圓要向內(nèi)縮小，因而在該控制策略下，電流矢量軌跡只能是由A沿q軸向坐標(biāo)原點(diǎn)移動(dòng)，移動(dòng)到原點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)矩接近為零。該轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的電壓極限橢圓的長(zhǎng)軸經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，可求得此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速為：

比較式（4）和（5）可知，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由式（4）上升到式（5），升速范圍較窄，同時(shí)在升速過(guò)程中轉(zhuǎn)矩下降明顯，將近為零。因此，對(duì)于永磁同步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，采用id=0控制，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速適合在額定轉(zhuǎn)速以下范圍內(nèi)運(yùn)行。只利用電磁轉(zhuǎn)矩變量IQ控制的控制方法，此控制方法簡(jiǎn)單，控制靈活，因此被廣泛應(yīng)用于永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)。

[1]龔云飛.交流永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)的仿真及實(shí)現(xiàn)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué):龔云飛,2006.

[2] 張少華.永磁同步電機(jī)矢量控制策略研究與控制器實(shí)現(xiàn)[D].中南大學(xué):張少華,2008.

王軍，男，湖北工業(yè)大學(xué)碩士研究生，江陰華姿中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校教師，技師。