基于SVPWM算法的永磁同步电机闭环控制.ppt

《基于SVPWM算法的永磁同步电机闭环控制.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、永磁同步电机伺服控制系统目录一、永磁同步电机矢量控制系统1.1永磁同步电机的结构和数学模型1.2永磁同步电机矢量控制基本原理二、永磁同步电机的SVPWM控制2.1空间矢量调制理论2.2SVPWM算法程序实现三、永磁同步电机双闭环控制系统3.1矢量控制系统结构一、永磁同步电机矢量控制系统1.1永磁同步电机的结构和数学模型永磁同步电动机是在三相电励磁同步电动机的基础上发展而来的。只不过它是采用永磁体作为转子励磁，从而省去了集电环、电刷和励磁绕组等，简化了结构，性能更优越。而定子部分与三相电励磁同步电动机的基本一样，因而被称为永磁同步电动机（PermanentMagnetSynchronou

2、sMotor，PMSM）。PMSM的一个基本特点就是能在稳态运行时，在定子三相绕组中产生正弦波感应电动势。对于面装式永磁同步电机，则有，称为等效励磁电感。其中Lmd、Lmq，分别为直轴等效励磁电感和交轴等效励磁电感。对于面装式转子结构，永磁体内部的磁导率十分小，接近空气的磁导率，因此对于定子三相绕组产生的电枢磁动势而言，电动机气隙为均匀的。图1.1两极面装式PMSM的物理模型由图1.1，在三相坐标系下，永磁同步电机三相绕组的电压方程可以表示为：（1.1）其中，永磁同步电机的定子磁链方程为：式（1.2）中、、分别为三相绕组的自感；、、、、、分别为三相绕组的互感。分别为转子的磁链与各相绕组

3、交链；分别为三相绕组的相电流；θ则为转子的位置角；对于面贴式永磁同步电机，三相绕组的自感和互感分别相等。(1.2)(1.3)图1.2静止DQ轴系与同步旋转dq轴系首先，将静止（ABC）轴系变换为静止（αβ）轴系坐标：(1.4)然后，再通过坐标变换将空间矢量由（αβ）轴系变换到同步旋转（dq）轴系，如图1.2所示。即有下面的公式：(1.5)由静止（ABC）坐标轴系到静止（αβ）坐标轴系的变换只完成了由三相到两相的“相数变换”，而静止（αβ）坐标轴系到同步旋转（dq）坐标轴系的变换是一种“频率变换”。在直流电动机中，电枢绕组中的交流电流是通过换向器和电刷变成直流电的。而式1.4和式1.5所

4、起到的作用也相当于换向器的作用，经过这两种变换最终将交流永磁同步电机等效为直流电机，使其的控制性能有了很大的提升。下面我们对已得到的公式继续分解，得到：磁链方程为：电磁转矩方程为：(1.7)(1.6)式中Ψd、Ψ2d为定、转子磁链直轴分量；Ψq、Ψ2q为定、转子磁链交轴分量；为定子电流直轴分量，为定子电流交轴分量；、分别为定子、转子的直轴同步电感，Lmd、Lmd为定转子之间的d、q轴互感。因为大多数的PMSM中转子上没有阻尼绕组，所以电动机的电压、磁链方程便可得到相应简化：（1.8）电磁转矩方程为：由电磁转矩方程的表达式（2.9）可以看出，永磁同步电机的电磁输出转矩由两部分组成，分别为

5、由永磁体产生的永磁转矩以及由电机的凸极特性使得转子不对称所造成的磁阻转矩。1.2永磁同步电机矢量控制基本原理矢量控制的主要思想是将交流电动机等效模拟为直流电动机，通过坐标变换的方法将定子电流分解为转矩和励磁两个分量，从而实现解耦控制，使交流电动机具有象直流电机一样好的控制特性。因此，对交流电动机转矩控制的关键是对定子电流矢量幅值和相位的控制。矢量控制又被称作磁场定向控制，按照同步旋转参考坐标系定向方式可以分为定子磁场定向控制、转子磁场定向控制和气隙磁场定向控制。因为转子磁场定向控制可以得到自认的解耦控制，其在实际的系统中得到了广泛应用。（1.9）图1.3面装式PMSM（id=0）转矩控

6、制当d轴定向在转子上时，即为转子磁场定向控制。此时，直轴电流id=0,由电磁转矩方程式（1.9）可以看出，磁阻转矩为零，只调节交轴电流iq便可以线性的控制电磁转矩。其主要的矢量空间关系如图1.3所示，is与Ψf在空间正交，定子电流全部为转矩电流。虽然转子磁场以电角度ωr旋转，但在（dq）坐标轴系内is与f却始终保持相对静止，从转矩生成的角度，面装式PMSM就可以等效为一台他励直流电动机。其中，is(iq)为定子电流矢量，θr为转子位置角，f为转子磁动势矢量。二、永磁同步电机的SVPWM控制永磁同步电机转子产生的磁链是不可以控制的，要实现对电机的转矩控制我们只能控制定子部分。通过前面讲到

7、的矢量控制，我们主要是要通过控制定子电流来控制定子产生的磁链。而空间矢量脉宽调制(SpaceVectorPulseWidthModulation,SVPWM),正是在以三相对称正弦波电压供电时，基于产生三相对称电机定子理想磁链圆为目的，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成实际磁链矢量来跟踪准确的磁链圆。该方法将电机和逆变器视为一个整体来考虑，以产生圆形旋转磁场为目标，利用电压空间矢量生成三相PWM波，计算较为简单，开断次数少，且提高了