PMSM空间矢量脉宽调制系统建模与模糊PI调速控制仿真研究.pdf

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1、第25卷第1期广西科技大学学报V01．25No．12014年3月GUANGXIUNIVERSIrY0FSCIENCEANDTECHN0L0GYMar．2O14文章编号1004．6410(2014)01—0074—05PMSM空间矢量脉宽调制系统建模与模糊PI调速控制仿真研究江南h，范健文lb,2谭光兴la，白羽鹤h(1．广西科技大学a．电气与信息工程学院，b．汽车与交通学院，广西柳州545006；2．广西科技大学鹿山学院汽车_T程系，广西柳州545006)摘要：为了改善PMSM(永磁同步电机)的SVPWM(空间矢量脉宽调制)驱动系统的速度控制的效果，在传统PI控制算法中引入了模糊理论，制定了

2、控制参数在线自调整的模糊推理规则，设计了参数自整定的模糊PI控制器，用于系统的速度环．给出了永磁同步电机在dq0坐标系下的数学模型，研究了SVPWM控制的关键技术．并在MATLAB／Simulink环境下建立了基于SVPWM的永磁同步电机驱动系统的仿真模型．在负载突变的情况下，与传统Pl的控制方式进行对比仿真实验．仿真结果表明：使用参数自整定模糊PI控制器的系统其速度响应的上升时间、峰值时间、调整时间均更短：在负载扰动的情况下能更快的恢复稳定状态，鲁棒性更强，稳态误差更小．关键词：永磁同步电机：空间矢量脉宽调制；模糊PI控制器；MATLAB仿真中图分类号：TM301．2文献标志码：A0引言永

3、磁同步电机使用永磁材料作为转子，无电刷和滑环，具有体积小、质量轻、效率高、功率密度大、噪声小、转子本身不发热等优点，广泛应用于高精度控制领域．矢量控制是一种基于磁场定向的控制策略⋯．最早提出交流电机矢量控制概念是德国学者Blaschke．PMSM矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能，可进行大范围调速或定位控制]．SVPWM(空间电压矢量脉宽调制)技术，利用坐标变换的方法，将交变电流分解为直流分量来控制．其控制性能卓越，其结构一般采用电流内环控制、转速外环控制的形式．在双闭环结构中一般使用PI控制器．对于可建立精确数学模型的确定性控制系统，传统PID控制器一般可满足控制要求，而由于永磁同步电

4、机系统实际有很多非线性部分并且存在参数扰动，其控制效果难以令人满意．文献『3]在永磁同步电机的SVPWM驱动系统中只使用传统PID控制器，系统的速度响应调整时间长，存在很大的超调量，抗负载扰动能力不足．文献[4]设计了单神经元PID控制器用于PMSM的调速控制，系统具有较强的自适应性和鲁棒性，但由于系统组成比较复杂，存在运算量大、收敛慢、成本较大的缺点ES]．为了提高PMSM控制品质。就要求PID控制参数能够随环境在线地做出合理的调节．模糊控制可以对复杂的非线性系统进行有效控制，具有较强的自适应能力[6]．本文设计了参数自整定模糊PI控制器能够有效的改善PMSM的速度控制性能．1PMSM的在

5、dqO坐标系下的数学模型根据传统的假设和Clarke变换，基于PMSM转子磁场dq0坐标系的数学模型直接按下式写出．电压方程为：收稿日期：2013—12—10基金项目：广西自然科学基金资助项目(2013GXNSFAAO1935l，2010GXNSFAO13024，2010GXNSFA013126)，广西重点实验室建设项目(13—051—38)；2012年广西研究生教育创新计划项目(2012105940811MO1)资助．通信作者：谭光兴，教授．博士，研究方向：进化算法、智能控制，E-mail：gxtan@163．con．第1期江南等：PMSM空间矢量脉宽调制系统建模与模糊PI调速控制仿真研究

6、75fj=Rsd／dt一∞qlUq=R／dt一d磁链方程为：f【=i、厮(2)电磁转矩方程为：3~．1,=n(3)⋯旷i)=手nP[(Lz-L)]2SVPWM(空间矢量脉宽调制)三相逆变器的8种工作状态可以对应8个基本电压空间矢量．其中有6个非零矢量(U(001)，(010)，U3(O11)，u4(100)，Us(101)，Us(110))，它们幅值相同，相互之间的夹角为6O。，将整个矢量空间划分为6个相等的扇区．还有两个没有实际效果的零矢量(Uo(OOO)，(111))位于坐标原点．其组合可以逼近旋转目标空间的任意电压矢量．SVPWM控制的关键技术主要有：矢量所在扇区判断、相邻基本矢量作用

7、时间71，计算、矢量切换点，，计算．通过简单的数学推导可以通过以下表格对这些变量赋值．表1Sector与的对应关系表3，，的确定SectorIⅡⅢⅣVⅥ将周期为，幅值为T／2的等腰三角波作为脉宽调制的载波信号，通过与，，进行比较即可得到SVPWM控制脉冲．3永磁同步电机SVPWM驱动系统仿真模型矢量控制原理以及空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)技术使得交流电机能够获得和直流电机相媲美的性能[31．计算机仿真技