永磁同步机变频调速系统研究.docx

永磁同步机变频调速系统研究《动力学与控制学报》2014年第二期1永磁同步电机变频调速控制系统的模型建立及各模块分析永磁同步电机仿真系统采用双闭环控制策略至于电机的位置计算问题不属于本文的讨论范围对于此问题可以进一步研究永磁同步电机系统的无位置传感器技术．根据模块化建模的思想将图2所示的永磁同步电机控制系统分为若干个功能不同且独立的子模块主要包括以下几个主要的功能模块:速度控制器模块、矢量控制模块、坐标变换模块、PWM发生器模块、PMSM本体模块等．在Matlab/Simulink环境下通过这些功能模块的有机组合建立永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型实现双闭环控制．根据永磁同步电机变频调速系统原理结构在Matlab7．0/Simulink仿真环境下利用SimPowerSys-tem里面丰富的模块库在分析永磁同步电机数学模型的基础上建立永磁同步电机控制系统的仿真模型［5－6］仿真模型框图如图2。建立模型后就可直接对它进行相应的仿真分析．选择合适的输入源模块做信号输入用适当的接收模块(如示波器)观察系统响应分析系统特性．点击菜单栏Simulation上的Start命令开始仿真结果输出到接收模块上．还可以修改系统模块及参数来修正不符合要求的仿真结果继续进行仿真分析．1．1速度控制模块速度控制模块的结构框图如图3所示由图3可以看出速度控制模块的结构比较简单由PI调节器和限幅输出模块组成．通过反复调整Kp、Ki参数使系统输出达到最佳状态．电流调节其实就是转矩调节模块将转速调节器的输出电流作为转矩调节器的输入其中Saturation饱和限幅模块的功能是将输出的三相参考相电流限定在要求的范围之内．电流调节模型图与转速调节模型图相同．1．2坐标变换模块坐标变换模块的结构框图如图4所示坐标变换模块实现的是dq轴旋转坐标系下的两相电流向abc静止坐标系下的三相电流的等效变换［7］．1．3PWM发生器模块PWM发生器模块的结构框图如图5所示此模块为逆变桥提供SVPWM触发信号该模块可以.2永磁同步电机控制系统的仿真及分析根据图2所示的永磁同步电机控制系统的仿真电路图对该系统进行仿真实验和性能分析以验证其可行性和有效性在进行仿真实验前需要设置电机的相关参数．永磁同步电机的参数设置如表1所示。对仿真参数的设置如下:负载转矩起始值为5N．m(额定值)在0．1s时降至1N．m．在Simulink中选择工作窗口主菜单下的Simulation/simulationparameters进入仿真参数设置窗口可以在窗口中设置仿真起始时间、终止时间、仿真步长、解法和误差限等．在如图2－3所示的仿真电路图中设置起始时间为0终止时间为0．2s选取ode23tb(可变阶次的数值微分公式算法)变步长解法其它都使用缺省选项。为了验证永磁同步电机控制系统仿真模型的静态和动态特性分以下两种况进行仿真．(1)当参考转速speed(ref)=200r/min(低速)时由示波器观测各参数波形图转速响应曲线如图6所示d轴、q轴电流响应曲线如图8所示转矩响应曲线如图10所示．(2)当参考速度speed(ref)=2000r/min(高速)时由示波器观测各参数波形图转速响应曲线如图7所示d轴、q轴电流响应曲线如图9所示转矩响应曲线如图11所示．由以上仿真波形可以看出:电机的转矩、电流在电机启动时都急剧增加但很快进入稳定状态此时转矩值为5N．m．在0．1s时由于负载转矩减小为1N．m电流、转矩都出现轻微波动但很快又都达到新的稳定状态．而电机转速由于惯性的作用并未出现波动保持稳定．在200r/min的参考转速下系统响应较快较平稳实际转速能快速跟踪参考转速但超调较大电磁转矩能跟踪负载转矩稳态时d轴电流略有波动但基本平稳;在2000r/min的参考转速下系统响应较快转速跟踪几乎无超调电磁转矩能够跟踪负载转矩稳态时转矩和电流略有波动。3结论在分析永磁同步电机数学模型的基础之上建立了电机的数学方程通过数学的方法去研究永磁同步电机并在Matlab/Simulink里搭建模型并进行仿真．由电机仿真波形可以看出系统具有调速范围较宽动态响应好稳态误差较小的特点这与实际电机的运行状态是一致的系统起动后保持恒定转矩突加扰动时系统波动较小充分说明系统具有较好的鲁棒性．采用该PMSM仿真模型可以便捷地实现、验证id=0控制算法同时也为实际PMSM系统的设计和调试提供了有效途径．作者：张程金涛单位：福州大学电气工程与自动化学院福建工程学院信息科学与工程学院