基于高性价比的模糊逻辑控制四开关三相逆变器供电永磁同步电机驱动系统

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1、基于高性价比的模糊逻辑控制四开关三相逆变器供电永磁同步电机驱动系统M.纳西尔•乌丁，高级会员，IEEE,陶菲克S.拉徳力"，高级会员，IEEE和M.Azizur拉赫曼，院上，IEEE摘要：木文研究内置式永磁同步电动机(IPMSM)的高性能的工业应用的一个模糊逻辑控制器(PLC)基于成本效益的驱动系统的性能。在本文中，模糊逻辑控制器用作速度控制器，同时，采用四开关三和(4S3Ph)脉冲宽度调制(PWM)逆变器來代替常规的六开关三和(6S3Ph)逆变器来驱动电机。这不仅减少了逆变器的成本，开关损耗，而且降

2、低了产生六个PWM的逻辑信号控制算法和接口电路的复杂性。此外，所提岀的控制方法降低了计算的实时实现。所提出的四开关三相逆变器供电永磁同步电机驱动与模糊逻辑控制器结介的闭环矢屋控制方案是在使用TITMS320C31数字信号处理器(DSP)和原型1马力的电机上的实时实施。通过在不同的操作条件下的理论和实验结果，可以验证所提出的模糊逻辑控制四开关三相逆变器供电永磁同步电机驱动的稳定性。在性能和定子电流的谐波分析方而对所推荐的四开关三相逆变器驱动器与传统7弋开关三相逆变器系统的比较。发现在其性能，降低成木，以

3、及其它固有的有利特征等方面是完全可以接受的。关键词：模糊逻辑利数字信号处理器，内部永磁电动机，逆变器，欠量控制。I引言多年来，传统的六开关三相逆变器已被广泛应用于可变速度的交流(AC)马达驳动器。近來，四开关三相逆变器在不间断电源和变速驱动器方面的应用我们已做了很多努力山・⑸。这是由于四开关三相变频器比传统的六开关三相逆变器有一些优点，比如减少了开关的数冃降低了成木，减小了开关损耗，减少了接口电路屮为开关提供的逻辑信号的数量，产生逻辑信号的控制算法简单，减少了由于开关Z间较小的相互作用破坏开关的机会，

4、以及减少了实吋计算负担。然而，大多数的四开关三和逆变器受限于界步电机和无刷直流(BLDC)电机系统⑵■⑸。Takijawa等人⑷提岀了四开关三相变频器的应用于无刷直流电机系统，其屮开采取了开环的脉冲宽度调制(PWM)控制方案。此外，由于没有磁性凸极性，工作时无刷肓流电机比内置式永磁同步电机的控制更容易。报道称四开关三相变频驱动器并没有充分考虑闭环矢量控制方案［2］-［4］。Larsen等人［5］利用四开关三相逆变器闭环矢量控制的感应电动机,并将比例积分(PI)算法用丁•速度和电流控制。众所周知，PI算

5、法的缺点是对机器参数的依赖⑹。此外，描述了四开关三相逆变器工作不充分的研究驱动器的动态性能,尽管它是其屮一个高性能驱动的主耍担忧。因此，在此文屮川模糊逻辑控制器(FLC)來取代PI控制器。尽管FLC比常规PI控制器很多优势,在电机的实时控制中FLC有很人的计算负担。在这种情况下,用四开关三相逆变器来减少一些实时计算负担将是一个不错的选择。如今，内置式永磁同步电动机由于其高转矩・电流比、大的功率・重量比、高效率、高功率因数和鲁棒性，使它日益流行用于变速驱动系统。绕纽电流和转子速度间存在非线性耦合和转子铁

6、芯的磁饱利问题所导致电磁发达扭矩非线性的问题，便内置式永磁同步电动机(IPMSM)驱动器的梢确速度控制，成为一个复杂的问题。过去大多数关于变速IPMSM驱动器的研究主耍集中于对高性能驱动器的控制算法的开发[6]・[11]。然而，整个驱动系统的成木，简单性和灵活性，这些最重要的因素外没有得到很多研究人员的关注。尽管在这方面进行了深入研究，可多数发达的控制系统未能吸引业界的关注。在过去，研究者将多电平变频器系统应用于高功率场合。再次，如果这种功率级別不需耍该逆变器，系统涉及到更多的损耗和复杂的开关算法，。

7、因此，木文的要点Z—是开发具冇成本效益的、简单高效、高性能的内證式永磁同步电动机驱动器。在机器人，轧机，机床等设备中使用的高性能电动机驱动器需要快速、准确的响应，速度能在任何干扰下迅速的恢复，以及对参数变化冇较高的灵敏度。交流电机的动态特性可以用矢量控制理论进行显著改善，其中电机的变量被转换成-个正交集合d-q轴，这样使得速度和转矩可以单独控制。这使1PMSM机有了他励直流电机性能，同时保持交流电机的-•般优点。本文为高性能工业应丿IJ系统提出了一种基于四开关三相逆变器供电的高性价比IPMSM模糊控制

8、驱动系统。所捉出的四开关三相逆变器供电内置式永磁同步电机驱动与模糊逻辑控制辭结介的闭环矢虽控制方案是在使用TITMS320C31数字信号处理器(DSP)和原型1马力的电机上的实时实施。为了验证该方法的稳健性，所提出的驳动器的性能都在不同的工作条件下，从理论和实验方血做了研究。通过在不同的操作条件下的理论和实验结果可以验证所提出的模糊逻辑控制四开关三相逆变器供电內置式永磁同步电机驱动的稳定性。在定子电流的总的谐波畸变率和速度响应方而对所推荐的四开关三相逆变