基于稀土永磁無刷直流電機(jī)的雙閉環(huán)控制方式比較研究

許亞星，王曉航，漆旭平，李慶楠

(中國航空計(jì)算技術(shù)研究所,陜西 西安 710065)

0 引言

隨著科技的日益發(fā)展,稀土永磁無刷直流電機(jī)得到了越來越廣泛的應(yīng)用,無刷直流電機(jī)閉環(huán)控制技術(shù)得到更深入的研究。無刷直流電機(jī)閉環(huán)控制技術(shù)包括速度單閉環(huán)控制和速度電流雙閉環(huán)控制[1],速度電流雙閉環(huán)控制又包括母線電流閉環(huán)控制、最大相電流閉環(huán)控制和平均相電流閉環(huán)控制。速度電流雙閉環(huán)控制相比速度單閉環(huán)控制具有明顯優(yōu)勢[2],本文對速度電流雙閉環(huán)控制的三種方式通過仿真進(jìn)行對比分析,對無刷直流電機(jī)的速度電流雙閉環(huán)控制具有一定參考意義[3]。

1 系統(tǒng)建模

無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制的原理為將電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋給轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參與控制,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出為電流調(diào)節(jié)器的給定,然后將母線電流或相電流反饋給電流調(diào)節(jié)器,最終輸出控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的電流,通過控制電流大小,實(shí)現(xiàn)對無刷直流電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制[4]。轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制原理如圖1所示。

母線電流反饋和相電流反饋的區(qū)別在于母線電流閉環(huán)控制是將母線電流反饋給電流調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制,而相電流是將三相電流取最大值或平均值反饋給電流調(diào)節(jié)器參與控制[5],兩種閉環(huán)控制的電流選擇方式如圖2所示。

圖2 母線電流閉環(huán)和相電流閉環(huán)的電流選擇方式

在此基礎(chǔ)上,分別對母線電流閉環(huán)控制、最大相電流閉環(huán)控制、平均相電流閉環(huán)控制進(jìn)行建模仿真,模型搭建如圖3所示。

2 仿真結(jié)果

通過模型對三種閉環(huán)控制方式的轉(zhuǎn)速和電流進(jìn)行仿真,結(jié)果如圖4所示。圖4中,從左到右依次是母線電流、最大相電流、平均相電流的轉(zhuǎn)速和電流波形。

圖4 MQTT流程圖

圖4 三種轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制的轉(zhuǎn)速和電流波形

3 結(jié)果分析

由仿真結(jié)果可以看出,轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)在電流幅值和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)上均有較好的控制效果,也具有更好的速度動(dòng)態(tài)響應(yīng);相電流閉環(huán)相較母線電流閉環(huán)來說,對電流幅值和穩(wěn)定性的控制效果更好。最大相電流閉環(huán)由于控制的是相電流的最大值,使得相電流和母線電流的幅值均比較小,電流穩(wěn)態(tài)波動(dòng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)也更小,但由于對相電流幅值抑制較大,損失了電機(jī)速度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)[6]。平均相電流閉環(huán)控制的對象是三相電流的平均值,它具有較小的穩(wěn)態(tài)電流誤差,雖然對電流幅值的控制力較弱,在調(diào)速性能上具有快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)和更小的穩(wěn)態(tài)誤差。

4 結(jié)論

轉(zhuǎn)速單閉環(huán)和轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制方式各有優(yōu)缺點(diǎn),轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制的三種方式控制效果也不相同。本文通過對三種雙閉環(huán)控制方式的效果進(jìn)行對比分析,為工程應(yīng)用中無刷直流電機(jī)閉環(huán)控制方式的選擇提供參考。