永磁同步电动机无位置传感器矢量控制系统仿真
MATLABSIMULINK永磁同步电机矢量控制系统仿真
MATLABSIMULINK永磁同步电机矢量控制系统仿真一、本文概述随着电机控制技术的快速发展，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）在工业、交通和能源等领域的应用越来越广泛。
矢量控制作为PMSM的一种高效控制策略，能够实现对电机转矩和磁链的精确控制，从而提高电机的动态性能和稳态性能。
然而，在实际应用中，矢量控制系统的设计和调试过程往往复杂且耗时。
因此，利用MATLAB/Simulink进行永磁同步电机矢量控制系统的仿真研究，对于深入理解矢量控制原理、优化控制策略以及提高系统性能具有重要意义。
本文旨在通过MATLAB/Simulink平台，建立永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型，并对其进行仿真分析。
本文将对永磁同步电机的基本结构和数学模型进行介绍，为后续仿真模型的建立提供理论基础。
本文将详细阐述矢量控制策略的基本原理和实现方法，包括坐标变换、空间矢量脉宽调制（SVPWM）等关键技术。
在此基础上，本文将利用MATLAB/Simulink中的电机控制库和自定义模块，搭建永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型，并对其进行仿真实验。
本文将根据仿真结果，对矢量控制系统的性能进行分析和评价，并提出优化建议。
通过本文的研究，读者可以全面了解永磁同步电机矢量控制系统的基本原理和仿真实现方法，为后续的实际应用提供有益的参考和指导。
本文的研究结果也为永磁同步电机控制技术的发展和应用提供了有益的探索和启示。
二、永磁同步电机数学模型永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种高性能的电机，广泛应用于各种工业领域。
为了有效地对其进行控制，我们需要建立其精确的数学模型。
PMSM的数学模型主要包括电气方程、机械方程和磁链方程。
PMSM的电气方程描述了电机的电压、电流和磁链之间的关系。
在dq旋转坐标系下，电气方程可以表示为：V_d &= R_i I_d + \frac{d\Phi_d}{dt} - \omega_e \Phi_q \ V_q &= R_i I_q + \frac{d\Phi_q}{dt} + \omega_e \Phi_d其中，(V_d) 和 (V_q) 分别是d轴和q轴的电压；(I_d) 和 (I_q) 分别是d轴和q轴的电流；(\Phi_d) 和 (\Phi_q) 分别是d轴和q轴的磁链；(R_i) 是定子电阻；(\omega_e) 是电角速度。
永磁同步电动机无位置传感器矢量控制仿真
可靠的转子位置信息， 但是， 使用位置传感器有着许
多的缺 点 ： 安装 复 杂 、 成本 增加 、 运行不 稳定 。因此 ，
无 位置 传感器 技术 正成 为 目前永 磁 同步 电动机研 究 领 域 的一个热 点 ， 并 在越来 越多 的场 合得 到应用 。
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｍ３ ５ １ ； Ｔ Ｍ３ ４ １ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ４ — ７ ０ １ ８ （ ２ ００ ３
Ｓ ｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｐｅ ｒ ｍａ ｎ ｅ ｎ ｔ Ｍａ ｇｎ ｅ ｔ Ｓ ｙ ｎｃ ｈｒ ｏ ｎ ｏ ｕｓ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ Ｓｅ ｎ ｓ ｏｒ ｌ ｅ ｓ ｓ Ｖｅ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｃｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ＨＵ ＡＮＧ Ｘｕ— ｃ ｈ ａ ｏ． Ｌｌ Ｎ Ｒｏ ｎ ｇ－ｗｅ ｎ。 Ｌ Ｉ Ｎ Ｙ ｉ ｎ ｇ－ ｙ ｉ ｎ ｇ
（ Ｆ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｆ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ ３ ５ ０ １ ０ ８ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｐ ｕ ｒ ｐ ｏ ｓ ｅ ｏ ｆ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｌ ｅ ｓ ｓ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｐ ＭＳ Ｍ， ａ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗ ａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｏ ｒ ｌ ｆ ｕ ｘ， ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｓ ｔ ｃ ｏ ｍｍｏ ｎ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ，ｉ ｄ＝ ０ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌｇ ａ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ． Ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｌ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｐ ＭＳ Ｍ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｗ ａ ｓ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ． Ａ Ｐ ＭＳ Ｍ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｌ ｅ ｓ ｓ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗ ａ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ． Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｈ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｌ ｅ ｓ ｓ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｈ ａ ｓ ｇ ｏ ｏ ｄ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｐ ｅ ｒ — ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｒ ｏ ｂ ｕ ｓ ｔ ｎ ｅ ｓ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｌ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌｇ ａ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｅ ａ ｓ ｙ ｔ ｏ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ．
【精品】永磁同步电机矢量控制仿真
永磁同步电动机矢量控制仿真1．前言随着微电子和电力电子技术的飞速发展,越来越多的交流伺服系统采用了数字信号处理器(DSP)和智能功率模块(IPM),从而实现了从模拟控制到数字控制的转变。
空间矢量PWM调制,它具有线性范围宽,高次谐波少,易于数字实现等优点,在新型的驱动器中得到了普遍应用。
永磁同步电机(PMSM)具有较高的运行效率、较高的转矩密度、转动惯量小、转矩脉动小、可高速运行等特点,在诸如高性能机床进给控制、位置控制、机器人等领域PMSM得到了广泛的应用。
近几年来,国内外学者将空间矢量脉宽调制算法应用于永磁同步电机控制中,并取得了一定的成就。
同时,永磁同步电机交流变频调速系统发展也很快,已成为调速系统的主要研究和发展对象。
数字仿真技术一直是交流调速系统分析计算的有用工具。
但随着对PMSM控制技术要求的提高,空间矢量PWM控制系统成为首选方案。
本文对其进行MATLABSIMULINK下仿真,并给出了仿真结果。
2．永磁同步电动机矢量控制原理矢量控制的目的是为了改善转矩控制性能，而最终实施仍然是落实到对定子电流（交流量）的控制上。
由于在定子侧的各个物理量，包括电压、电流、电动势、磁动势等等，都是交流量，其空间矢量在空间以同步转速旋转，调节、控制和计算都不是很方便。
因此，需要借助于坐标变换，使得各个物理量从静止坐标系转换到同步旋转坐标系，然后，站在同步旋转坐标系上进行观察，电动机的各个空间矢量都变成了静止矢量，在同步坐标系上的各个空间矢量就都变成了直流量，可以根据转矩公式的几种形式，找到转矩和被控矢量的各个分量之间的关系，实时的计算出转矩控制所需要的被控矢量的各个分量值，即直流给定量。
按照这些给定量进行实时控制，就可以达到直流电动机的控制性能。
由于这些直流给定量在物理上是不存在的，是虚构的，因此，还必须再经过坐标的逆变换过程，从旋转坐标系回到静止坐标系，把上述的直流给定量变换成实际的交流给定量，在三相定子坐标系上对交流量进行控制，使其实际值等于给定值。
永磁同步电机矢量控制matlab仿真
永磁同步电机矢量控制matlab仿真永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）的矢量控制（也称为场向量控制或FOC）是一种先进的控制策略，用于优化电机的性能。
这种控制方法通过独立控制电机的磁通和转矩分量，实现了对电机的高性能控制。
在MATLAB中，你可以使用Simulink和SimPowerSystems库来模拟永磁同步电机的矢量控制。
以下是一个基本的步骤指南：1.建立电机模型：使用SimPowerSystems库中的Permanent Magnet SynchronousMachine模型。
你需要为电机提供适当的参数，如额定功率、额定电压、额定电流、极对数、转子惯量等。
2.建立控制器模型：矢量控制的核心是Park变换和反Park变换，用于将电机的定子电流从abc坐标系变换到dq旋转坐标系，以及从dq坐标系变换回abc坐标系。
你需要建立这些变换的模型，并设计一个适当的控制器（如PI控制器）来控制dq轴电流。
3.建立逆变器模型：使用SimPowerSystems库中的PWM Inverter模型。
这个模型将控制器的输出（dq轴电压参考值）转换为逆变器的开关信号。
4.连接模型：将电机、控制器和逆变器连接起来，形成一个闭环控制系统。
你还需要添加一个适当的负载模型来模拟电机的实际工作环境。
5.设置仿真参数并运行仿真：在Simulink的仿真设置中，你需要设置仿真时间、步长等参数。
然后，你可以运行仿真并观察结果。
6.分析结果：你可以使用Scope或其他分析工具来查看电机的转速、定子电流、电磁转矩等性能指标。
这些指标可以帮助你评估控制算法的有效性。
请注意，这只是一个基本的指南，具体的实现细节可能会因你的应用需求和电机参数而有所不同。
在进行仿真之前，建议你仔细阅读相关的文献和教程，以便更好地理解永磁同步电机的矢量控制原理。
基于MATLAB的永磁同步电机矢量控制系统仿真
３ 矢量控制与坐标变换模块
矢量控制 模 块 实 现 的 就 是 ＰＭＳＭ 的 矢 量 控 制 算 法 ， 其 中 ，
空间矢量变换 ＡＢＣ－ ＤＱ 和 ＤＱ－ ＡＢＣ 的变换矩阵分别为：
! ＣＡＢＣ－ ＤＱ＝
２ ３
"
##ｓｉｎθ
#
#
#
#
##ｃｏｓθ
#
#
#
１ #
#
#
# $
!
２
ｓｉｎ（
θ－
２ ３
π）
ｃｏｓ（ θ－ ２ π） ３
运行方式由电机电磁转矩符号决定 （为正则是电动机状态， 为
负则是发电机状态）。为了简化模型， 可以假定转子永磁磁极在
定子上产生的感应磁通是正弦分布的， 并且由于通常永磁同
步电机的气隙较大， 可以近似地忽略定电机铁心的磁饱和。
因此永磁同步电机在 ｄ－ ｑ 轴的电压方程为：
ｄ ｄｔ
ｉｄ
＝
１ Ｌｄ
ｕｄ
－
Ｒ１ Ｌｄ
π）
ｃｏｓ（θ＋ ２ ３π） Nhomakorabea$
１ !２
& & & & ’
根 据 上 面 两 式 在 ＭＡＴＬＡＢ 环 境 下 可 分 别 得 到 ｄｑ／ａｂｃ 和
ａｂｃ／ｄｑ 坐标变换的子模块， 用以实现 ＰＭＳＭ 的矢量控制算法，
将电流转换为电压。
４ 电流滞环型 ＰＷＭ模块
电 流 滞 环 ＰＷＭ 模 块 实 现 的 是 ＰＭＳＭ 的 滞 环 电 流 控 制 方
Ｔｈｅ Ｓ ｉｍｕｌａ ｔｉｏｎ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏｎ Ｍａ ｔｌａ ｂ ｆｏｒ Ｖｅ ｃｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｐ ｅ ｒｍａ ｎｅ ｎｔ Ｍａ ｇｎｅ ｔ Ｓ ｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ
永磁同步电机矢量控制系统的VisSim建模与仿真
第11卷 第5期2007年9月电 机 与 控 制 学 报EL EC TR IC MACH I N ES AND CON TROLVol 111No 15Sep.2007永磁同步电机矢量控制系统的VisSi m 建模与仿真李红伟, 王洪诚(西南石油大学电子信息工程学院,四川成都610500)摘 要:为了研究正弦波永磁同步电机(以下简写SP MS M )的调速性能,依据SP MS M 的d 2q 20轴数学模型,采用运动控制仿真软件V isSi m /Moti on 建立了SP MS M 的仿真模型,并在V isSi m 仿真环境下基于所建立的模型构建了SP MS M 的转子磁场定向矢量控制系统。
通过仿真表明,在双闭环(速度环采用P I 控制,电流环采用滞环控制)控制下,矢量控制系统响应迅速,稳态性能好,验证了所设计的控制算法;同时,也证明了所建立的SP MS M 模型的有效性,为永磁同步电机控制系统设计和调试提供了新的方法和思路。
关键词:正弦波永磁同步电机;矢量控制;建模;仿真中图分类号:T M341文献标识码:A文章编号:1007-449X (2007)05-0533-05M odeli n g and si m ul ati on of vector control syste m for per manentmagnet synchronous motor based on VisSi mL I Hong 2wei, WANG Hongvcheng(Electr on and I nfor mati on Engineering I nstitute,South west Petr oleu m University,Chengdu 610500,China )Abstract:I n order t o study the s peed contr ol perfor mance of sine 2wave per manent magnet synchr onousmot or (SP MS M in brief ),SP MS M si m ulati on model was p r oposed in V isSi m /Moti on based on d 2q 20axis mathe matical model of the SP MS M.And the r ot or 2flux 2oriented vect or contr ol syste m of SP MS M was als o intr oduced in V isSi m based on the SP MS M model .Si m ulati on results indicate that the vect or contr ol sys 2te m has high dyna m ic and static perfor mance by adop ting the double l oop contr ol,in which the s peed l oop used a P I contr oller and the current l oop used a hysteresis current contr oller .The results als o p r ove the validity of the SP MS M model and p r ovide the ne w methods and ideas t o design and adjust the per ma 2nent magnet synchr onous mot or contr ol syste m.Key words:sine 2wave per manent magnet synchr onous mot or;vect or contr ol;modeling;si m ulati on收稿日期:2007-05-28基金项目:四川省高校重点实验室“测控技术与自动化”基金资助项目(No .S wpudx0607)作者简介:李红伟(1977-),男,硕士,讲师,研究方向为电动机调速控制、电气控制和电气信号数据采集;1 引 言永磁同步电动机(P MS M )构成的伺服系统与异步电动机伺服系统相比具有惯性低、转差为零、无转子损耗和发热问题,节能高效、静态性能良好、动态响应快等优点,因此被越来越广泛地应用于各种伺服驱动中,而如何建立有效的仿真模型具有十分重要的意义[1,2]。
基于MATLAB永磁同步电动机矢量控制系统的仿真研究
基于MATLAB永磁同步电动机矢量控制系统的仿真研究永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一种应用广泛的高性能电机。
在工业领域，PMSM通常采用矢量控制方法来实现精确的速度和位置控制。
本文基于MATLAB对PMSM矢量控制系统进行仿真研究，探讨其工作原理及性能。
首先，PMSM的矢量控制系统由控制器、电机和传感器三部分组成。
其中，控制器根据电机的反馈信号和期望输出来计算电机的控制信号。
传感器用于测量电机的转速、位置和电流等参数，反馈给控制器。
通过调节控制信号，控制器可以实现电机的速度和位置控制。
在PMSM的矢量控制系统中，通常采用dq轴矢量控制方法，将三相电流转换为直流参考轴和旋转参考轴的dq坐标系，进而对电机进行控制。
其次，本文利用MATLAB软件对PMSM矢量控制系统进行了仿真实验。
首先，建立了PMSM电机的数学模型，包括电机的动态方程、反电动势方程和电流方程。
然后，在MATLAB环境中编写程序，实现电机模型的数值求解和控制算法的计算。
通过调节控制参数，可以对电机的速度和位置进行精确控制，并实时监测电机的工作状态。
在仿真实验中，通过改变电机的负载情况、工作电压和控制参数等条件，分析了PMSM矢量控制系统的性能。
实验结果表明，当负载增加时，电机的转动惯量增大，控制系统的响应时间变长，但依然可以实现精确的速度和位置控制。
当电机的工作电压增加时，电机的输出功率和转速增大，但也会产生更大的电流和损耗。
当控制参数的比例增益和积分时间常数变化时，系统的稳定性和动态性能均会受到影响，需要进行合理的调节。
总结起来，本文基于MATLAB对PMSM矢量控制系统进行了仿真研究，探讨了其控制原理和性能。
通过仿真实验，可以深入理解PMSM矢量控制系统的工作原理，优化系统的参数和性能，并为实际应用提供参考。
永磁同步电动机矢量控制模型的设计与仿真
永磁同步电动机矢量控制模型的设计与仿真交流调速理论包括矢量控制和直接转矩控制。
1971年，由F．Blaschke 提出的矢量控制理论第一次使交流电机控制理论获得了质的飞跃。
矢量控制采用了矢量变换的方法，通过把交流电机的磁通与转矩的控制解耦使交流电机的控制类似于直流电动机。
矢量控制方法在实现过程中需要复杂的坐标变换，而且对电机的参数依赖性较大。
直接转矩控制是1985年Depenbrock教授在研究异步电机控制方法时提出的。
该方法是在定子坐标系下分析交流电机的数学模型，强调对电机的转矩进行直接控制，对转矩进行砰一砰控制，无需解耦，省掉了矢量旋转变换计算。
控制定子磁链而不是转子磁链，不受转子参数变化的影响，但不可避免地产生转矩脉动，低速性能较差，调速范围受到限制。
而且由于它对实时性要求高、计算量大，对控制系统微处理器的性能要求也较高。
矢量控制的基本思想是在普通的三相交流电动机上设法模拟直流电动机转矩控制的规律，在磁场定向坐标上，将电流矢量分解成为产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量，并使得两个分量互相垂直，彼此独立，然后分别进行调节。
这样交流电动机的转矩控制，从原理和特性上就和直流电动机相似了。
控制策略的选择上是PID控制，传统的数字PID控制是一种技术成熟、应用最为广泛的控制算法，其结构简单，调节方便。
1 永磁同步电机的数学模型1.1 永磁同步电机系统的结构永磁同步电机的基本组成：定子绕组、转子、机体。
定子绕组通过三相交流电，产生与电源频率同步的旋转磁场。
转子是用永磁材料做成的永磁体，它在定子绕组产生的旋转磁场的作用下，开始旋转。
1.2 坐标变换坐标变换，从数学角度看，就是将方程中原来的一组变量，用一组新的变量来代替。
线性变换是指这种新旧变量之间存在线性关系。
电动机中用到的坐标变换都是线性变换。
在永磁同步电机中存在两种坐标系，一种是固定在定子上的它相对我们是静止的，即：α,β 坐标系，它的方向和定子三相绕组的位置相对固定，它的方向定位于定子绕组 A 相的产生磁势的方向，另一种是固定在转子上的旋转坐标系，我们通常称之为 d,q 坐标，其中 d 轴跟单磁极的 N 极方向相同，即和磁力线的方向相同，q 轴超前 d 轴 90 度下图所示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
′
′
∫
t
^
^
ψ
L L
( iq - iq ) ] d τ+
^
^
′
kP [ id iq - iq id -
′
′
ψ
( iq - iq ) ] +ωc ( 0 )
′
( 10 )
式中 , id 、 iq 由电机中检测出的三相电流 ia 、 ib 、 ic 变换 得到 , id 、 iq 由可调模型的式 ( 8 ) 计算得到 。 相应的转子位置角可以表示为 : θ = ωc d t
收稿日期 : 2008 - 07 - 14
[1]
永 磁 同 步 电 动 机 无 位 置 传 感 器 矢 量 控 制 系 统 仿 真
节器参数 , 从而促使可调系统的输出 y ( t) 与参考模 型的输出 ym ( t) 一致 , e ( t) 趋向于零 。 51
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
Si m ula tion of Sen sorless Vector Con trol for Permanen t M agnet Synchronous M otor
ZHAN G W ang - pan, L I Hong, CU I L i - guo, Q IAO Z eng - ping
图 1 模型参考自适应控制系统原理图
图 1 中可以看出 , 模型参考自适应控制系统是 在常规的反馈控制系统的基础上再附加一个参考模 型和控制器参数的自动调节回路 。 其中参考模型的输出 ym ( t) 代表系统希望的动 态响应 , 当被控对象因外界环境或工作状态的改变 使其运行特性偏离了最优轨线 , 则被控对象的输出
y ( t) 与参考模型的输出 ym ( t) 相比 , 产生广义误差 e ( t) , e ( t) 驱动自适应机构 , 产生反馈作用去修正调
1 模型参考自适应控制系统
模型参考自适应辨识 的主要思想是将含有 待估计参数的方程作为可调模型 , 将不含未知参数 的方程作为参考模型 , 两个模型具有相同物理意义 的输出量 。两个模型同时工作 , 并利用其输出量的
D
rive and control
驱动控制 微特电机 2009 年第 比例积分自适应律 ,可得辨识算法为 : ωc =
^ 0
3 期
2 自适应转速观测器的构造
在 d - q坐标系中 , 表面式永磁同步电动机的数 学模型可以表示为 : d id ud R ( 1) = id +ωc iq dt L L d iq uq R 1 ( 2) = iq - ωc id - ωcψ dt L L L ωr d 1 ( Te - TL - Dωr ) ( 3) = dt J θ d ωr ( 4) = ωc = p dt 3 ψIq ( 5) Te = p 2 式中 : L 为电感 , 对于表面式永磁同步电动机 , L d =
0 ^ ^
′
^
′
轴电流和电压 ; R 为定子电阻 ; p 为电机极对数 ; ωc 为转子电角速度 ; ωr 为转子机械角速度 ; D 为与转 子速度有关的阻尼系数 ; J 为转子转动惯量 ; θ为转 子电角度 ;ψ为转子磁通 ; Te 和 TL 分别为电机的电 磁转矩和负载转矩 。 为便于分析 ,将式 ( 1 )和式 ( 2 )改写为 :
id = id + iq = iq ud = ud + uq = uq
′ ′ ′
3 仿真及结果分析
系统设计框图如图 3 所示 。
L Rψ L
永 磁 同 步 电 动 机 无 位 置 传 感 器 矢 量 控 制 系 统 仿 真
则式 ( 6 )可以写为 :
d id = d t i′ q
′
图 3 永磁同步电动机自适应控制系统框图
d id + L dt
iq
∫
t ^
( 11 )
整个辨识算法的运算框图如图 2 所示 。
ψ
=
-
R L
ωc
R L
id + iq
ψ
L +
- ωc
L
1 ud + L
uq
Rψ
图 2 模型参考自适应转速辨识算法的运算框图
( 6)
将永磁同步电动机的数学模型作为参考模型 , 而电流模型为可调模型 ,采用并联型结构辨识转速 。 令: ψ ′
差值根据合适的自适应率来实时调节可调模型的参 数 ,以达到控制对象的输出跟踪参考模型的目的 。 根据稳定性原理得到速度估计自适应公式 , 系统和 速度的渐进收敛性由 Popov的超稳定性来保证 。这 种方法在异步电动机无速度传感器控制中已有很多 应用 。虽然永磁同步电动机的方程相比异步电动机 较简单 ,但是由于转子永磁体的存在 ,所以这种方法 应用于永磁同步电动机 ,有一些新的需要解决的问题。 模型参考自适应控制系统的原理如图 1 所示 。
0引 言
在永磁同步电动机调速系统中 , 一般都需要采 用光电编码器或旋转变压器来检测转子的位置和速 度 。但这些机械式传感器都存在安装 、 电缆连接和 维护等问题 ,降低了系统的可靠性 ,限制了传动系统 在恶劣环境下的应用 。无机械位置 /速度传感器已 成为交流传动系统的重要研究方向 。 永磁同步电动机无位置传感器矢量控制系统是 利用直接计算 、 参数辨识 、 状态估计 、 间接测量等手 段 ,从定子边测量较易的量如定子电压 、 定子电流 等 ,从中提取出与位置有关的信息 ,从而得到转子位 置 ,并将它应用到速度反馈控制系统中 。 本文在研究模型参考自适应控制理论的基础 上 ,针对一种适合于表面式永磁同步电动机的自适 应转速观测器进行了计算机仿真研究 。
模研究 [ J ]. 微电机 , 2006, 39 ( 8) : 47 - 49.
[1 ] 刘兴堂 . 应用自适应控制 [M ]. 西安 :西北工业大学出版社 , 2003. [2 ] 林海 ,李宏 ,林洋 ,等 . 永磁同步电动机矢量控制系统仿真与建
给定转速为 300 rad / s,永磁同步电动机在空载 下起动 ,开始时位置观测有一些误差 ,但很快就能准 确检测转子位置 ; 在 0. 08 s时突加 5 N 的负载 ,此时 转速产生一个小的波动 , 但很快恢复平稳 。自适应 观测器仿真观测结果如图 4 ～ 图 7 所示 。
(Northwestern Polytechnical University, Xi’ an 710072, China )
Abstract: A method of esti m ating the rotor speed based on model reference adap tive system (MRAS) for permanent magnet synchronous motor ( PM S M ) was p resented. In this method, mathematical model of PM S M was regarded as reference model while current model of PM S M was considered as adjustable model . The adap tive law s were designed so that rotor speed was estim ated. And then, the sensorless vector control system of PM S M was set up based on this speed esti m ating ap 2 p roach. Sim ulation and experim ental results p roved that the p roposed method was capable of p recisely esti m ating the rotor position and speed. It also achieved good static and dynam ic speed - adjustable perfor mance. Key words: per manent magnet synchronous motor; model reference adap tive system; sensorless; vector control
微特电机 2009 年第 3 期 表 1 永磁同步电动机模型参数
定子电阻 R /Ω 定子绕组电感 L /H 永磁体产生磁通 Ψ /W b 转动惯量 J / ( kg・m ) 粘滞摩擦系数 B / (N ・m ・ s) 极对数 p
微特电机 2009 年第 3 期
D
rive and control
驱动控制
永磁同步电动机无位置传感器矢量控制系统仿真
张王攀 ,李 宏 ,崔立国 ,乔增平
(西北工业大学 ,陕西西安 710072)
摘 要 : 研究了一种基于模型参考自适应系统的永磁同步电动机速度辨识方案 ,将永磁同步电动机的数学模 型作为参考模型 ,电流模型作为可调模型 ,设计了自适应律辨识电机转速 ,建立了永磁同步电动机无速度传感器矢 量控制系统模型 。仿真和试验结果表明 ,该方案能准确检测转子速度 ,系统具有良好的静 、 动态调速性能 。 关键词 : 永磁同步电动机 ; 模型参考自适应 ; 无位置传感器 ; 矢量控制 中图分类号 : TM 341 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 7018( 2009) 03 - 0051 - 03
R L - ωc
ωc
R L
^
id
′ ′