永磁同步电机控制系统研究
永磁同步电动机运动系统控制方案研究

。 d d i 以 通 过 对 i、 、 可 ^i i B c的 嵌 入 式 转 子 则 是 将 永 磁 铁 嵌 入 在 转 子 轴 的 内 部 , 图 1( ) 因 此 定 子 电 流 矢 量 i在 O q坐 标 系 上 的 投 影 i、 如 b,
流量 。
lre变 换 ( 1 3 2变 换 ) P r 和 ak变 换 ( / 变 换 ) 得 , 此 i i是 直 交 直 求 因 d 、 交 轴 的 电 感 大 于 直 轴 的 电 感 。并 且 , 了 电 磁 转 矩 外 , 有 磁 阻 转 矩 C ak 除 还
布 ; 子 电 枢 绕 组 采 用 短 距 分 布 式 绕 组 , 最 大 限 度 地 消 除 谐 波 磁 活 有 效 地 利 用 这 个 磁 阻 转 矩 , 过 调 整 和 控 制 B 角 , 最 小 的 电 流 定 能 通 用 动势 。 永 磁 体 转 子 产 生 恒 定 的 电 磁 场 。 当 定 子 通 以 三 相 对 称 的 正 弦
p — 转 子 的磁 极 对数 ; — k 、 — — 永 磁 同 步 电 动 机 d、 q轴 的 主 电 感 。
() 凸 极 式 a () 嵌 入 式 b
式 ( ) 明 了 转 矩 由 两 项 组 成 , 号 中 的 第 一 项 是 由 三 相 旋 转 磁 1说 括
场 和永 磁 磁 场 相互 作 用 所 产生 的 电磁 转矩 ; 二 项 是 由 凸极 效 应 引 第 为 了 使 永 磁 同 步 伺 服 电 动 机 具 有 正 弦 波 感 应 电 动 势 波 形 , 转 起 的 磁 阻 转 矩 其 子 磁 钢 形 状 里 抛 物 线 状 , 其 气 隙 中 产 生 的 磁 通 密 度 尽 量 呈 正 弦 分 使 对 于 嵌 入 式 转 子 , k , 磁 转 矩 和 磁 阻 转 矩 同 时 存 在 。可 以 灵 k< 电
永磁同步电机的模型预测控制研究

永磁同步电机的模型预测控制研究一、本文概述随着能源危机和环境污染问题的日益严重,节能和环保已成为当今工业界和学术界的研究热点。
永磁同步电机(PMSM)作为一种高效、节能的电机类型,在电动汽车、风力发电、工业自动化等领域得到了广泛应用。
然而,永磁同步电机的控制问题一直是其应用的难点和关键。
因此,研究永磁同步电机的模型预测控制具有重要的理论价值和实际应用意义。
本文旨在研究永磁同步电机的模型预测控制方法。
本文将对永磁同步电机的数学模型进行深入分析,建立其精确的数学模型。
在此基础上,研究模型预测控制的基本原理和算法流程,并针对永磁同步电机的特点,设计适合其控制的模型预测控制器。
接着,通过仿真和实验验证所设计的模型预测控制器的有效性和优越性。
对永磁同步电机的模型预测控制方法的应用前景进行总结和展望。
本文的研究内容不仅对永磁同步电机的控制理论有重要贡献,同时也为永磁同步电机的实际应用提供了有力支持。
通过本文的研究,期望能够为永磁同步电机的模型预测控制提供新的思路和方法,推动其在更多领域的应用和发展。
二、永磁同步电机的基本理论永磁同步电机(PMSM)是一种利用永磁体产生磁场,通过电磁相互作用实现电能与机械能转换的装置。
其基本理论主要涵盖电机的工作原理、数学模型以及控制策略等方面。
从工作原理来看,PMSM的运行依赖于定子绕组通电产生的电磁场与永磁体产生的磁场之间的相互作用。
当定子绕组通电后,形成旋转磁场,该磁场与转子上的永磁体磁场相互作用,产生转矩,从而驱动电机旋转。
在数学模型方面,PMSM通常采用dq轴模型进行分析。
dq轴模型将电机的三相坐标系转换为两相旋转坐标系,其中d轴与永磁体磁场方向一致,q轴与d轴垂直。
在此模型下,电机的电磁关系、动态性能等可以通过数学方程进行描述,为后续的控制器设计提供了理论基础。
控制策略方面,PMSM的控制目标主要是实现电机的高效、稳定运行以及精确的速度和位置控制。
常见的控制策略包括矢量控制、直接转矩控制以及模型预测控制等。
一种改进的永磁同步电机矢量控制系统的研究

1 引 言 P M采 用 矢 量 控 制 的 目 的是 改 善 转 矩 的控 MS
制 性 能 , 关键 是对 定 子 电流 进行 控制 。 其 电流控 制 环 节 的动 态 响 应特 性 直接 决 定矢 量 控 制 策 及 矢 量 控 制 系 统 原 理 M M
定 子绕组 电感 d q轴 分量 ; 为永磁 体产 生 的磁链 ; 为 ,
电机输 出转矩 ; 为 负载转 矩 ; 电机极 对 数 ; 为转动 . n为 ' , 惯量; ∞为转 子 电角 速度川。
基 础 上 . 入 了一 种 采 用 模 糊 一I 模 控 制 的速 度 加 P双 控 制 器 , 以期 望 二 者 结 合 能 够 使 控 制 系 统 达 到 更 好 的控 制 性 能
摘 要 : 对采 用 传统 P 针 I电流 、 速调 节 器 的永 磁 同步 电机 ( MS 矢量 控 制系 统 中存 在 启 动 转速 、 矩 波 动 转 P M) 转 大. 电流跟踪 效果 不理 想等 问题 , 别设 计 了采用积 分分 离 的 电流 调节 器和 采用 模糊 .I 分 P 双模 控 制策 略 的速 度 调节 器 , 并在 M f b环 境下搭 建 了模 型进行 仿真分 析 。 真结 果表 明 , aa l 仿 该控 制系统 较传统 控制 系统具 有更好 的 动静态 特性 . 最后针对 所提 出的方 法进行 实验验 证 . 实验 结果进 一步 证 明了该结 论 的正确性 。 关键 词 : 永磁 同步 电机 ;矢量 控制 :积分 分离 ;模 糊控制
矢量 控 制系 统 中 电流 调 节器 的性 能 。
f M d d一 , q s d d ∞ t u Ri t D = g + + { d , + =
【o3 蛳 T n( 一 ) , (/ )d /t= = / J (w d) 一 2 n
《永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制技术的研究与实现》范文

《永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制技术的研究与实现》篇一一、引言永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)是一种重要的电动传动系统部件,因其具有高效率、高功率密度和良好的调速性能等优点,被广泛应用于工业、汽车、航空航天等领域。
然而,传统的PMSM控制系统通常需要使用位置传感器来获取电机的位置信息,这不仅增加了系统的复杂性和成本,还可能降低系统的可靠性和稳定性。
因此,无位置传感器控制技术成为了近年来研究的热点。
本文旨在研究并实现永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制技术,以提高电机控制系统的性能和可靠性。
二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机的基本原理是利用永磁体产生的磁场与定子电流产生的磁场相互作用,产生转矩,使电机转动。
PMSM的转子不需要外部供电,具有结构简单、运行可靠等优点。
然而,要实现电机的精确控制,必须准确获取电机的位置和速度信息。
传统的PMSM控制系统通过位置传感器来获取这些信息,但无位置传感器控制技术则通过电机内部的电气信号来估算电机的位置和速度。
三、无位置传感器控制技术无位置传感器控制技术主要通过电机内部的电气信号来估算电机的位置和速度。
常见的无位置传感器控制技术包括基于反电动势法、模型参考自适应法、滑模观测器法等。
本文采用基于反电动势法的无位置传感器控制技术,通过检测电机的反电动势来估算电机的位置和速度。
四、全速度范围无位置传感器控制策略为了实现永磁同步电机全速度范围的无位置传感器控制,需要采用合适的控制策略。
本文采用基于矢量控制的策略,通过实时调整电机的电压和电流来控制电机的位置和速度。
在低速阶段,采用初始位置估算和误差补偿技术来提高位置的估算精度;在高速阶段,则采用反电动势法来准确估算电机的位置和速度。
此外,还采用了自适应控制技术来应对电机参数变化和外部干扰的影响。
五、实验与结果分析为了验证本文所提出的无位置传感器控制技术的有效性,进行了实验验证。
永磁同步电机无速度传感器控制系统研究

F u d t 玎P 0e tS p 0 e yS in ea d I c n l yMa r m 1加 ( u a T v c ( 0 0 6 Kl 0 ) o n ai o r c :u p n d b ce c n ' h o g j g e o o P ) H n nPD i e N . O G O 2 f n 2
摘要 : 绍 了 种基于 T S2L 2O 介 M 3 0 F 8 8型 D P芯 片 实 现 的无 位 置 传 感 器永 磁 同步 电 机全 数 字 控 制 系统 。该 系 统采 用 S 滑 模 变 结 构 观测 器 来 获 得转 速 和 转 子 位 置 , 与传 统 的 观 测 算 法 相 比 , 该方 法 低 速 时 的 转 角估 计 误 差 显 著 减 少 。该 系 统 充 分 利用 了 D P 片 内 资源 丰 富 、 算 速 度 快 的特 点 。实 验 结 果表 明系 统 获 得 了 良好 的 控 制性 能 S 运 关键 词 : 磁 电机 ;数 字控 制 / 速 度传 感器 ; 字 信 号 处 理 器 ;滑模 观 测 器 永 无 数
中 图分 类 号 : M3 T 51 文 献 标 识码 : A 文 章 编 号 :o O o X( o 8 lLo 4 o l O 一1 0 2 o ) 0-ol 一 2
Su ya dReI aino gtl ema et an t y c rn u tr td n ai t f i r n n g e nh o o s z o Di a P M S Mo0
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YU 0 z n.W ANC i Ha . a Hu ,HUANG h u da So. 0
永磁同步直线电机速度控制系统的研究

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-A 4 B + / .
( 6 )
式中: “ 、 “ 、 i 、 i 、 L 、 L 分 别 为 直 、 交 轴 电压 、 电 流 及
1 永 磁 直 线 电 机 数 学 模 型
本 文 中永 磁直 线 电机 伺 服控制 系统 由速度 外环 和
电感 , 对 直线 电机 L 一L 。 一L; P为极 对 数 ; R为 电枢
L i .
3 永 磁 直 线 电机控 制 算 法
收 稿 日期 : 2 0 1 2 0 5 0 3
基 金项 目 : 福 建 省 科 技 计 划 重 大项 目 ( 2 0 1 2 H6 0 2 3 )
*通信 作 者 : h o n g y q @x mu . e d u . c n
线 电 机 控 制 系 统 的优 缺点 . 通 过 分 析 比较 , 得 出永 磁 同步 直 线 电机 调 速 系 统 中基 于 饱 和 函数 的模 糊 滑 模 控 制 系统 具 有 很 强 的 鲁 棒性 , 可 以有 效 地 削 弱 抖 振 , 系统 动 静 态 性 能 良好 .
关键 词 : 永磁 同步直线 电机 ; 模糊滑模控制 ; MA TL A B仿真 中图分类 号 : T M 3 0 1 . 2 文献标 志码 : A 文章 编号 : 0 4 3 8 — 0 4 7 9 ( 2 0 1 3 ) 0 1 — 0 0 4 8 — 0 5
3 . 1 比例 、 积分 、 微分 ( P l D) 控 制
最 常用 的 P I D控 制 运 用 于 各 种 控 制 系 统 中. 利 用 临
第 1期
王春梅等 : 永 磁 同 步 直 线 电 机 速 度 控 制 系 统 的研 究
( a ) d 轴 电压方程
永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述

永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述永磁同步电机是一种应用广泛的电动机,具有体积小、重量轻、效率高等优点,因此在工业生产中被广泛应用。
传统的永磁同步电机控制技术需要使用位置传感器来获取转子位置信息,以实现精准控制。
随着传感器技术的不断发展和成本的不断下降,无位置传感器控制技术逐渐成为了研究的热点之一。
本文将对永磁同步电机无位置传感器控制技术进行综述,从原理、应用、优缺点等方面进行详细介绍和分析,以期为相关领域的研究和应用提供参考和借鉴。
一、无位置传感器控制技术的原理传统的永磁同步电机控制技术需要通过位置传感器来获取转子位置信息,以实现精准的控制。
位置传感器不仅增加了系统成本,还会增加系统的故障率和维护成本。
研究人员开始尝试利用电机本身和其他信号来实现无位置传感器控制技术。
无位置传感器控制技术的原理主要是通过计算电机的反电动势和电流信息,从而实现对电机转子位置的估计。
通常采用的方法有基于模型的方法和基于传感器融合的方法。
基于模型的方法主要是利用电机的数学模型,通过对电流、电压等信息的测量和计算,来进行转子位置的估计;而基于传感器融合的方法则是利用多种传感器的信息融合来实现位置的估计。
无位置传感器控制技术在很多领域都有着广泛的应用,特别是在一些对成本和可靠性要求较高的场合。
比如在电动汽车、风力发电、工业生产等领域,都可以看到无位置传感器控制技术的应用。
由于无位置传感器控制技术可以减少系统成本、提高系统可靠性,因此受到了广泛的关注和应用。
无位置传感器控制技术相比传统的位置传感器控制技术具有一些明显的优点,如可以降低系统成本、提高系统可靠性、减少维护成本等。
也存在一些缺点,如对控制算法和系统稳定性要求较高、对电机参数变化敏感等。
在实际应用中需要根据具体的情况进行权衡和选择。
尽管无位置传感器控制技术在现实应用中具有广阔的前景,但也面临着一些挑战,如精准的位置估计、控制算法的设计、系统稳定性等问题。
未来研究方向主要包括改进位置估计算法、优化控制策略、提高系统稳定性等方面。
《具有扭矩反馈的永磁同步电机驱动控制器的开发与研究》范文

《具有扭矩反馈的永磁同步电机驱动控制器的开发与研究》篇一一、引言随着现代工业自动化和智能化的发展,永磁同步电机(PMSM)因其高效、节能、稳定等优点,在工业生产、新能源汽车、航空航天等领域得到了广泛应用。
然而,为了满足日益严格的性能要求,开发一种具有扭矩反馈的永磁同步电机驱动控制器显得尤为重要。
本文旨在研究和开发具有扭矩反馈的永磁同步电机驱动控制器,以提高电机的控制精度和动态性能。
二、永磁同步电机概述永磁同步电机是一种利用永磁体产生磁场的电机,其转子无需电流激励,具有结构简单、效率高等优点。
然而,由于电机参数的时变性和非线性,传统控制方法难以实现精确控制。
因此,开发一种能够实时获取并反馈电机扭矩的驱动控制器成为提高PMSM性能的关键。
三、扭矩反馈系统设计(一)硬件设计扭矩反馈系统的硬件部分主要包括传感器、数据采集电路和控制器。
传感器用于实时检测电机的扭矩和转速,数据采集电路将传感器信号进行放大、滤波和数字化处理,以便控制器进行后续处理。
控制器采用高性能数字信号处理器(DSP),实现对电机扭矩的实时计算和反馈。
(二)软件设计软件部分主要包括信号处理、扭矩计算、控制算法和通信协议等。
信号处理模块对传感器数据进行预处理,提取有用的信息。
扭矩计算模块根据电机的电气参数和传感器数据,实时计算电机的扭矩。
控制算法模块采用先进的控制策略,如矢量控制、直接转矩控制等,实现对电机的精确控制。
通信协议模块负责与上位机进行数据交互,实现远程监控和调试。
四、扭矩反馈控制策略研究(一)矢量控制策略矢量控制是一种先进的电机控制策略,通过实时计算电机的电压和电流矢量,实现对电机的精确控制。
在具有扭矩反馈的驱动控制器中,矢量控制可以实现对电机扭矩的快速响应和精确控制。
(二)直接转矩控制策略直接转矩控制是一种基于转矩和磁链的电机控制策略,通过对电机的直接转矩进行控制,实现对电机的快速响应和高性能控制。
在具有扭矩反馈的驱动控制器中,直接转矩控制可以进一步提高电机的动态性能和稳定性。
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永磁同步电机控制系统研究
【摘要】由于使用场合的特殊性,电梯驱动用电机应该具有振动小、噪声低、
起动电流小、有足够的起动转矩和运行平稳等性能要求。永磁同步电机具有转矩
纹波小,转速平稳,动态响应快速准确,过载能力强等优点,不仅能满足以上要
求,而且可以显著提高功率因数,降低损耗,提高效率,长期运行,可以起到降
本增效的作用。
【关键词】永磁同步电机;电梯驱动;弱磁控制
0.引言
正弦波永磁同步电动机可根据多种矢量控制方法来构成变频调速系统,实现
高性能、高精度的传动,在动态响应要求高的场合其应用前景尤其看好。永磁同
步电机的矢量控制,也是基于磁场定向的控制策略,由于转子上的永磁体所提供
的磁场恒定,加之其结构和参数各异,相应的控制方法也有所不同。这些控制方
法主要有:id=0(转子磁链定向)控制、cosφ=1控制、总磁链恒定控制、最大转矩
/电流控制、最大输出功率控制、直接转矩控制等。它们各具特点,如cosφ=1控
制可以降低与之匹配的变频器容量,恒磁链控制可以增大电动机的最大输出转矩
等。而id=0控制最为简单,它的基本思想是通过控制逆变器使三相定子的合成
电流(磁动势)超前转子位置90°(电角度),则电机的电磁转矩只和定子电流幅值成
正比,即控制定子电流的幅值,就能很好地控制电磁转矩。本文采用id=0与弱
磁控制相结合的控制方式。
1.控制原理
1.1PMSM数学模型
永磁同步电机具有正弦形的反电动势波形,其定子电压、电流也应为正弦波。
假设电动机是线形的,参数不随温度等变化,忽略磁滞/涡流损耗,转子无阻尼
绕组,那么基于转子坐标系(d-q轴系)中的永磁同步电动机定子磁链方程为:
Ψ=Li+Ψ
Ψ=L·i
式中:Ψ为转子磁钢在定子上的耦合磁链;L、L为永磁同步电动机的直、
交轴主电感;i、i为定子电流矢量的直、交轴分量。
PMSM定子电压方程:
u=ri+pΨ-ωΨ
u=ri+pΨ-ωΨ
式中:u,u为定子电压矢量us的d、q轴分量;ω为转子角频率。
PMSM转矩方程:
T=p(Ψi-Ψi)=p[Ψi+(L-L)ii]
从上式可以看出,永磁同步电机的电磁转矩基本上取决于定子交轴电流分量
和直轴电流分量,在永磁同步电动机中,由于转子磁链恒定不变,故采用转子磁
链定向的方式来控制永磁同步电机。
1.2控制方式
在基频以上恒转矩运行区中,采用转子磁链定向的PMSM矢量图如图2所
示。定子电流矢量位于q轴,无d轴分量,即定子电流全部用来产生转矩,此时
PMSM的电压方程可以写成:
u=-ωLi 2.控制系统 IF |Nref-Nfed|≥1/2Nref 【参考文献】 [2]田淳,胡育文.永磁同步电机直接转矩控制系统理论及控制方案的研 [5]尹华杰.“弱磁”型永磁同步电机参数与调速特性的关系研究[J].电工技 注:“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”
u=ri+Lpi+ωΨ
电磁转矩方程为:
T=pΨi
此种控制方式最为简单,只要能准确地检测出转子空间位置(d轴),通过控
制逆变器使三相定子合成电流幅值位于q轴上,就能很好地控制电磁转矩。在基
速以上,永磁同步电机也可以运行在恒功率区,采用定子弱磁的方法。i和Ψ方
向相反,起去磁作用。所谓弱磁控制是一种等效的弱磁,在PMSM中并没有磁
场绕组,转子磁场是由永磁体产生的,不能直接被减弱,该方法是通过加强电机
的直轴电枢反应,削弱气隙磁场,制造一个等效的发电机电势,它的方向与电机
反电势的方向相反,平衡一部分由于转速升高造成的反电势升高,使得定子回路
中的合成电势不超过电压极限。在额定电流下,恒转矩控制方式所能达到的最高
速度ωc由UN确定,ωc是恒转矩控制方式与输入为额定容量恒转矩调速性能的
优劣。研究表明,xdxq类的大,因而在其他参数相同的情况下,前者具有更宽
的恒转矩调速范围。因此在本系统中选用xd
控制系统可以分成两部分,虚线框内部分为控制系统的硬件,其余部分为控
制系统的软件部分。控制系统的硬件包括逆变器驱动电路、智能功率模块、变频
器主回路、三相电流采样电路、过流故障保护电路设计、同步电机位置与速度反
馈电路、15kW永磁同步电机、TMS320F240DSP芯片。控制系统的软件包括同
步电机位置、速度反馈信号的处理、三相电流采样信号的处理及坐标系统的变换
(包括Park、Clark变换)、速度和电流双闭环的PI调节、逆变器驱动信号的形成。
以PI调节为例:从经典控制理论中我们知道,如果要提高系统的动态性能如:
调节时间Ts、上升时间等,可以适当地提高比例系数、积分时间常数。若要提
高系统的静态性能如:超调量、静态误差等,则可以适当地降低比例系数、积分
时间常数。因此在调节PI参数时,系统的动态性能和静态性能是相互矛盾的。
基于这种情况,本文提出了分段变参数的PI调节思想,它在应用中有效地缓解
了系统的动态性能和静态性能的矛盾。其方法如下:
THENKp=0.6Ki=0.01;
IF 1/10Nref≤|Nref-Nred|<1/2Nref
THENKp=0.6Ki=0.005;
IF 1/10Nref≤|Nref-Nfed|<1/10Nref
THENKp=0.3Ki=0.0003
3.结语与展望
本文介绍了永磁同步电机在电梯驱动系统中的应用。首先给出数学模型,在
此基础上分析了控制策略。在实际应用中,采用id=0与弱磁结合的控制方式进
行控制。这种控制方式具有良好的动静态特性,满足了系统的要求,在实践中取
得良好的效果。从理论分析以及实验数据可以看到,通过选择合适的电机参数与
合理的控制方式,系统实现了恒转矩控制和恒功率控制,具有较好的静动态特性,
在实际应用中取得成功,为电梯驱动用电机的理论研究和实践作出一定贡献。如
何进一步提高控制性能,工作展望如下:(1)逐步提高速度和位置测量的精确性
和快速性,这样可以提高有效地提高速度控制的稳态精度。硬件上进一步提高电
流和电压信号的抗干扰能力,提高电流信号的测量精度。这对提高电机的低速闭
环控制意义很大。(2)用智能或者自适应的PI调节器提高电机控制的动态相应速
度。(3)进一步分析永磁同步电机弱磁控制的控制原理和方法,提高弱磁控制在
闭环应用中的稳定性。(4)进一步分析研究各种控制策略的优劣,提高电机控制
的综合性能。
[1]张宏杰.混合励磁永磁同步发电机的原理与设计[J].电工电能新技术,
2002,21(1):29~32.
究[J].电工技术学报,2002,17(1):7~11.
[3]李志民.张遇杰.同步电动机调速系统[M].北京:机械工业出版社,1996.
[4]马小亮.大功率交-交变频调速及矢量控制技术[M].北京:机械工业出
版社,1996.
术学报,1997,12(1):24~28.