永磁同步電動機調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計

薛海明 薛洪森

摘 要：建立矢量控制永磁同步電動機調(diào)速控制系統(tǒng)，可以有效加強控制系統(tǒng)的可靠性與適應(yīng)性，提高系統(tǒng)的調(diào)速性能。在矢量控制永磁同步電動機調(diào)速控制系統(tǒng)中采用最新型的空間電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)，可以使工作中的逆變器得到控制，并使電子磁鏈?zhǔn)噶康倪\動軌跡隨著電動機的運行逐漸靠近圓形的磁鏈軌跡。本文主要對永磁同步電動機調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計進行分析研究。

關(guān)鍵詞：永磁同步電動機；調(diào)速控制系統(tǒng)；設(shè)計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.161

可調(diào)速的永磁同步電動機是一種新型的同步電動機，所應(yīng)用的范圍十分廣泛，具有體積小、損耗低以及效率高等優(yōu)勢?，F(xiàn)階段永磁同步電機得到了深入的應(yīng)用，相關(guān)人員開始注重對永磁同步電機調(diào)速控制系統(tǒng)的探究?？臻g電壓矢量控制技術(shù)在交流電動機變頻調(diào)速中的得到了十分普及的應(yīng)用，可以在一定程度上滿足工業(yè)的發(fā)展。

1 空間電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)

空間電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)通常運用于磁鏈跟蹤控制中。因此，也可以稱為磁鏈跟蹤控制技術(shù)?？臻g電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)是利用逆變器輸出具有交替作用的多種基本空間電壓矢量，使傳輸出的電壓矢量進行合成，最終形成圓形磁鏈軌跡。同一個周期內(nèi)的逆變器，若在六個有基礎(chǔ)的基本電壓空間矢量都進行一次輸入，定子磁鏈?zhǔn)噶繒苯映霈F(xiàn)六邊形的運動軌跡，從而阻礙了圓形磁鏈軌跡的出現(xiàn)。為了可以在永磁同步電動機獲取圓形磁鏈軌跡，可以借助多種基本空間電壓矢量進行組合，從中獲取具有不同等幅的空間電壓矢量，使逆變器的使用狀態(tài)逐漸增加。

2 永磁同步電動機的運行情況

永磁同步電動機所具備的結(jié)構(gòu)特點是無法直接啟動的，可以通過逆變器調(diào)節(jié)變頻速度。當(dāng)通入永磁同步電動機由三相逆變器經(jīng)過空間電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)得到正弦交流電源后，永磁同步電動機會直接出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場，在磁場中與轉(zhuǎn)子永磁體磁鋼產(chǎn)生相互作用，并產(chǎn)生與定子在同一方向繞組旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩，當(dāng)永磁體產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子本身的慣量被永磁同步電動機中的電磁轉(zhuǎn)矩進行克制后，永磁同步電動機可以被啟動，并且速度也會隨之上升，直到定子旋轉(zhuǎn)磁場可以帶動起轉(zhuǎn)子永磁體磁鋼同時開展工作。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的最大化，需要在永磁同步電動機運行時轉(zhuǎn)子與定子磁通的夾角為直角[1]。

3 對永磁同步電動機數(shù)學(xué)模型的分析探討

通過對永磁同步電動機的數(shù)學(xué)模型的分析，可以從中了解到應(yīng)用最為廣泛的數(shù)學(xué)模型是具有dq坐標(biāo)系的，該數(shù)學(xué)模型不僅可以檢測出永磁同步電動機的運行性能，更能深入了解到永磁同步電動機的瞬態(tài)性能。因此，相關(guān)人員應(yīng)并在創(chuàng)建永磁同步電動機的數(shù)學(xué)模型時做出假設(shè)，首先，對于電動機鐵心的飽和度不進行計算。其次，忽略電動機在運行時所出現(xiàn)的渦流以及磁滯的耗損情況。第三，假設(shè)三相交流電流為電動機的對稱電流。第四，阻尼繞組并沒有存在于轉(zhuǎn)子上。

4 矢量控制的永磁同步電動機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計

在矢量控制的永磁同步電動機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計中，雙閉環(huán)控制是所采用的電流轉(zhuǎn)速方式，誤差信號所輸入的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是在轉(zhuǎn)子的定值r*與實際值r之間所存在的差值。在矢量控制的永磁同步電動機調(diào)速系統(tǒng)中，實際檢測出的永磁同步電動機由定子三相電流轉(zhuǎn)換為兩相電流，并將所得到的電流與調(diào)節(jié)器的輸出進行比較，最終得到的差值應(yīng)用于電流調(diào)節(jié)器的輸入，并基于此，通過轉(zhuǎn)變后輸入到空間電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)與逆變器?？臻g電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)可以通過輸出信號逆變器的多個開關(guān)器件，并通過多種途徑的導(dǎo)通模式，產(chǎn)生多樣的空間電壓基本矢量，通過結(jié)合所產(chǎn)生的基本矢量，將其中制作成一組具有不同等幅的空間電壓矢量，使永磁同步電動機根據(jù)輸出電壓所產(chǎn)生的磁通，逐漸拉近與預(yù)期磁通圓的距離，通過有效措施控制永磁同步電動機[2]。

5 模糊PI自適應(yīng)控制

5.1 傳統(tǒng)PI控制方法

與模糊PI控制相比，傳統(tǒng)PI控制中存在著比例系數(shù)與積分系數(shù)這兩個參數(shù)，并且該參數(shù)是確定的，不會因為系統(tǒng)出現(xiàn)誤差的變化，而進行改變。傳統(tǒng)的PI控制方法缺乏準(zhǔn)確性，對系統(tǒng)所產(chǎn)生的變化具有響應(yīng)，并在此基礎(chǔ)上，引入智能控制方法。控制方法也可以分為多種形式，其中主要包括專家控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及模糊控制等多種方式方法，其中模糊控制方法在本文中更適用于與傳統(tǒng)PI控制方法進行結(jié)合，兩者的結(jié)合為模糊PI控制。

5.2 模糊PI控制方法

模糊PI控制方法的控制器在轉(zhuǎn)速環(huán)中，是以系統(tǒng)的誤差以及誤差所存在的變化率作為輸入，并根據(jù)模糊PI控制方法中的規(guī)則，找出積分系數(shù)和比例系數(shù)之間所存在的內(nèi)在聯(lián)系。并在永磁同步電動機，檢測出系統(tǒng)的誤差。通過從找出的聯(lián)系與誤差，對積分系數(shù)于比例系數(shù)進行整合，使模糊PI控制參數(shù)可以滿足出現(xiàn)系統(tǒng)的誤差的要求。對于不同系統(tǒng)的誤差，模糊PI控制器所存在的參數(shù)比例系數(shù)與積分系數(shù)的數(shù)值也是不同的，比例系數(shù)與積分系數(shù)為輸出語言變量，與模糊控制器輸入語言變量存在比較性。

6 在仿真系統(tǒng)中創(chuàng)建仿真模型

在MATLAB/SIMULINK中進行系統(tǒng)仿真模型的構(gòu)建，使用自適應(yīng)模糊PI控制和傳統(tǒng)PI控制進行轉(zhuǎn)速控制器ASR的仿真，并仿真MATLAB。在T m值為0時，逐一仿真這兩種情況，在0.2s時，需要將3Nm的負(fù)載加于電機中，也就是T m值為3Nm時。對于轉(zhuǎn)速控制器而言，借助仿真結(jié)果可以比較模糊PI和傳統(tǒng)PI這兩個方法，進而得出最終結(jié)論，并對結(jié)果做出比較。

7 結(jié)論

綜上所述，是對永磁同步電動機調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計進行分析研究。通過設(shè)計永磁同步電動機調(diào)速控制系統(tǒng)，可以從中了解到在應(yīng)用轉(zhuǎn)速控制器時，采用模糊PI自適應(yīng)控制器時，在仿真系統(tǒng)中，可以取得良好的效果，并滿足電動機調(diào)速控制的需求，使永磁同步電動機調(diào)速控制系統(tǒng)的可行性得到了進一步的證實，為實際中的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]趙金越.基于模型參考自適應(yīng)的電動車用永磁同步電動機無速度傳感器控制系統(tǒng)研究[J].電氣技術(shù)，2017（02）.

[2]石凱.采用變換擴大永磁同步電動機恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍的矢量控制系統(tǒng)研究[J].電氣開關(guān)，2017（05）.