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永磁同步電機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì)研究
摘 要：在用電系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)作為主要的動(dòng)力設(shè)備應(yīng)用非常廣泛。電動(dòng)機(jī)的主要特性則是調(diào)速性能，它對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和節(jié)約電能起著決定性的作用。永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM)是一種性能優(yōu)越、應(yīng)用前景廣闊的電機(jī)。它憑借具有的低速高轉(zhuǎn)矩慣量比、高能量密度和高效率等優(yōu)異性能和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、損耗小、效率高的特點(diǎn)，使得其在中小容量范圍內(nèi)備受關(guān)注并獲得廣泛應(yīng)用，尤其是在高控制精度和高可靠性要求的場(chǎng)合，如航空、航天、數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人等領(lǐng)域
關(guān)鍵詞：電機(jī)調(diào)速;永磁同步電機(jī);無速度傳感器;
1.永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制驅(qū)動(dòng)方法
1.1 電流PWM控制法
(l)滯環(huán)電流法
滯環(huán)電流PWM控制是常用一種的電流閉環(huán)控制方法，它響應(yīng)速度快、魯棒性能好、無穩(wěn)定性問題等。方法是將給定電流愉與輸出電流ia進(jìn)行比較，電流偏差△j超過h時(shí)，滯環(huán)控制器控制逆變器上橋臂的功率器件動(dòng)作，通過調(diào)整使實(shí)際電流與指令電流的偏差始終保持在h內(nèi)，從而保證實(shí)際電流值準(zhǔn)確跟蹤指令電流值。如圖1所示。
(2)三角波比較法
三角波比較PWM控制法也是一種瞬時(shí)的逆變器驅(qū)動(dòng)控制方法，控制起來
比較簡(jiǎn)單，具體控制過程如圖2所示。
2.無速度傳感器的速度估算方法及數(shù)學(xué)模型
2.1 速度估算方法
為提高交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性，必須采用速度閉環(huán)控制。速度閉環(huán)的加入改善了電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，但是在傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)中采用安裝速度傳感器、測(cè)速發(fā)電機(jī)或增量式光電編碼器來獲取反饋速度的方法不但增加了成本，同時(shí)機(jī)械上的誤差還會(huì)影響檢測(cè)精度和控制性能降低可靠性，所以就需要用無速度傳感的速度估算方法來取代速度傳感器完成閉環(huán)控制。速度估算的基本出發(fā)點(diǎn)是從易于檢測(cè)的電機(jī)定子電流、電壓入手，通過電機(jī)本身固有的動(dòng)態(tài)方程推導(dǎo)出電機(jī)轉(zhuǎn)速。
2.2 數(shù)學(xué)模型
模型參考自適應(yīng)法(MRAS)是一種比較常用的估算速度的方法。它的基本思路是將含有待估計(jì)參數(shù)的方程作為可調(diào)模型，將不含未知參數(shù)的方程作為參考模型，兩個(gè)模型具有相同物理意義的輸出量。兩個(gè)模型同時(shí)工作，并利用其輸出量的差值根據(jù)合適的自適應(yīng)率來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)可調(diào)模型的參數(shù)，以達(dá)到控制對(duì)象的輸出跟蹤參考模型的目的。
永磁同步電機(jī)在d-q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為：
3.無速度傳感器的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)用到的控制核心采用的是TI公司的 DSPTMS320F2812，它是一款在28x內(nèi)核的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了相應(yīng)存儲(chǔ)、專門為電機(jī)控制而優(yōu)化設(shè)計(jì)的32位高性能定點(diǎn)DSP芯片，其中含有豐富的片上存儲(chǔ)以及大量用于工控場(chǎng)合的信號(hào)輸入輸出資源。它采用了改進(jìn)型的哈佛總線結(jié)構(gòu)，具有16x16位的雙通道MAC(乘累加運(yùn)算)，可以順利地進(jìn)行16x16位和32x32位的MAC操作，指令執(zhí)行速度可達(dá)150MIPS，能夠?qū)崟r(shí)處理高性能使復(fù)雜控制算法，快速響應(yīng)中斷及中斷處理而不需占用CPU時(shí)間，為無速度傳感器調(diào)速系統(tǒng)奠定了可靠的硬件基礎(chǔ)。整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。
4.總結(jié)
無速度傳感器技術(shù)是近年來，特別是近十年來發(fā)展比較快的一門技術(shù)，究其原因主要是由于無速度傳感器的控制系統(tǒng)無需檢測(cè)硬件，免去了速度傳感器帶來的種種麻煩，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)的成本。同時(shí)，它又減少了電機(jī)與控制器的連線，精簡(jiǎn)了系統(tǒng)體積，減輕了系統(tǒng)的重量，使得采用無速度傳感器的異步電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用更加廣泛。
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