永磁同步電機調速設計研究
摘 要：在用電系統中，電動(dòng)機作為主要的動(dòng)力設備應用非常廣泛。電動(dòng)機的主要特性則是調速性能，它對提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和節約電能起著(zhù)決定性的作用。永磁同步電動(dòng)機(PMSM)是一種性能優(yōu)越、應用前景廣闊的電機。它憑借具有的低速高轉矩慣量比、高能量密度和高效率等優(yōu)異性能和結構簡(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備受關(guān)注并獲得廣泛應用，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、數控機床、加工中心、機器人等領(lǐng)域
關(guān)鍵詞：電機調速;永磁同步電機;無(wú)速度傳感器;
1.永磁同步電機調速系統的控制驅動(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，它響應速度快、魯棒性能好、無(wú)穩定性問(wèn)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(guò)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(guò)調整使實(shí)際電流與指令電流的偏差始終保持在h內，從而保證實(shí)際電流值準確跟蹤指令電流值。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)的逆變器驅動(dòng)控制方法，控制起來(lái)
比較簡(jiǎn)單，具體控制過(guò)程如圖2所示。
2.無(wú)速度傳感器的速度估算方法及數學(xué)模型
2.1 速度估算方法
為提高交流電動(dòng)機的調速特性，必須采用速度閉環(huán)控制。速度閉環(huán)的加入改善了電機的動(dòng)態(tài)性能，但是在傳統調速系統中采用安裝速度傳感器、測速發(fā)電機或增量式光電編碼器來(lái)獲取反饋速度的方法不但增加了成本，同時(shí)機械上的誤差還會(huì )影響檢測精度和控制性能降低可靠性，所以就需要用無(wú)速度傳感的速度估算方法來(lái)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)是從易于檢測的電機定子電流、電壓入手，通過(guò)電機本身固有的動(dòng)態(tài)方程推導出電機轉速。
2.2 數學(xué)模型
模型參考自適應法(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參數的方程作為可調模型，將不含未知參數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合適的自適應率來(lái)實(shí)時(shí)調節可調模型的參數，以達到控制對象的輸出跟蹤參考模型的目的。
永磁同步電機在d-q坐標系下的數學(xué)模型為：
3.無(wú)速度傳感器的永磁同步電機調速系統的硬件設計
設計用到的控制核心采用的是TI公司的 DSPTMS320F2812，它是一款在28x內核的基礎上擴展了相應存儲、專(zhuān)門(mén)為電機控制而優(yōu)化設計的32位高性能定點(diǎn)DSP芯片，其中含有豐富的片上存儲以及大量用于工控場(chǎng)合的信號輸入輸出資源。它采用了改進(jìn)型的哈佛總線(xiàn)結構，具有16x16位的雙通道MAC(乘累加運算)，可以順利地進(jìn)行16x16位和32x32位的MAC操作，指令執行速度可達150MIPS，能夠實(shí)時(shí)處理高性能使復雜控制算法，快速響應中斷及中斷處理而不需占用CPU時(shí)間，為無(wú)速度傳感器調速系統奠定了可靠的硬件基礎。整個(gè)調速系統的硬件結構如圖3所示。
4.總結
無(wú)速度傳感器技術(shù)是近年來(lái)，特別是近十年來(lái)發(fā)展比較快的一門(mén)技術(shù)，究其原因主要是由于無(wú)速度傳感器的控制系統無(wú)需檢測硬件，免去了速度傳感器帶來(lái)的種種麻煩，提高了系統的可靠性，降低了系統的成本。同時(shí)，它又減少了電機與控制器的連線(xiàn)，精簡(jiǎn)了系統體積，減輕了系統的重量，使得采用無(wú)速度傳感器的異步電機的調速系統在工程中的應用更加廣泛。
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