【正文】 ....................................... 7 轉(zhuǎn)子位置檢測 ............................................................................................................ 8 轉(zhuǎn)速檢測 .................................................................................................................. 10 4 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)及仿真 ................................................................................ 11 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng) .................................................................................. 11 仿真 .......................................................................................................................... 12 5 結(jié)論 .................................................................................................................................... 17 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................... 18 致謝 ....................................................................................................................................... 19 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)信號檢測 1 1 緒 論 課題背景 矢量控制是在上世紀(jì) 70年代初由西德 Blaschke等人提出的一種高性能控制策略，應(yīng)用坐標(biāo)變換將三相系統(tǒng)等效為兩相系統(tǒng)，再經(jīng)過按轉(zhuǎn)子磁場定向的同步旋轉(zhuǎn)變換實現(xiàn)了定子電流勵磁分量與轉(zhuǎn)矩分量之間的解耦，從而達(dá)到對交流電動機(jī)的磁鏈和電流分別控制的目的。 矢量控制技術(shù)的提出，使交流傳動系統(tǒng)的動態(tài)性能得到了顯著的改善，這無疑是交流傳動控制理論上的一個質(zhì) 的飛躍。它使人們看到盡管交流電動機(jī)控制復(fù)雜，但同樣可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、磁場獨(dú)立控制的內(nèi)在本質(zhì) ，這使得 矢量控制技術(shù)在交流調(diào)速控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用 ， 因為永磁同步電機(jī)具有效率高、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，有著廣闊的應(yīng)用前景，矢量控制也逐漸應(yīng)用于永磁同步電機(jī) 。 永磁同步電動機(jī)最主要的控制方式是基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制， 它實際上是對電動機(jī)定子電壓或電流矢量的相位和幅值同時進(jìn)行控制 。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，矢量控制技術(shù)已成為電氣傳動系統(tǒng)中的首選方案，矢量控制 需要電動機(jī)的精確模型，對參 數(shù)具有很強(qiáng)的依賴性，參數(shù)的變化會導(dǎo)致控制性能變差，這就要求我們 必須進(jìn)行實時檢測并利用檢測信號才能控制電機(jī)的正常運(yùn)行 ， 信號檢測主要是對定子電壓 、 定子電流 、 轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測 。 目前，矢量控制系統(tǒng)信號 檢測方式分無位置傳感器檢測法和位置傳感器檢測法，無位置傳感器檢測法是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，這種方法實施簡單，但它運(yùn)算過程復(fù)雜，是一種估計算法并且對電機(jī)參數(shù)變化很敏感，魯棒性差。而位置傳感器檢測法是最為常見的，但它有自己的不足之處，如高速高分辨率位置傳感器價格昂貴 、 性能易受惡劣環(huán)境影響 。 課題的主要研究內(nèi)容 針 對以上問題，本文 研究永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型，矢量控制系統(tǒng)的工作原理、信號 檢測 ， 采用位置傳感器檢測 法對 定子電流 ， 定子電壓， 轉(zhuǎn)子位置 及 轉(zhuǎn)速 進(jìn)行檢測，來 提高 對信號檢測的準(zhǔn)確性， 降低控制系統(tǒng)的成本，提高 控制 系統(tǒng)性 能 ， 介紹 永磁同 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)信號檢測 2 步電機(jī)矢量控制系統(tǒng) 并進(jìn)行 仿真 ， 實現(xiàn)對電機(jī)的更好控制 。 2 永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型 坐標(biāo)系的設(shè)立 永磁同步電機(jī)的控制是通過研究其數(shù)學(xué)模型的特性來實現(xiàn)的，其研究對象為定子側(cè)的物理量，它們都是交流量，且其空間矢量是以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的；以致在三相坐標(biāo)系下建立的數(shù)學(xué)模型非常復(fù)雜，計算和分析都十分困難； 而對其實施變換后，在兩相平面坐標(biāo)系下來進(jìn)行分析研究，則會簡單得多。因此，在永磁同步電機(jī)的研究中經(jīng)常在參考坐標(biāo)系之間進(jìn)行變換，即坐標(biāo)變換。目前，坐標(biāo)變換時常用的坐標(biāo)系有以下三種，它們之間的關(guān)系如圖 21所示。 1．三相定子坐標(biāo)系 (A． B． C坐標(biāo)系 ) 三相定子坐標(biāo)系是以彼此相差 120? 的永磁同步電機(jī)的三相定子繞組軸線 A、 B、 C為坐標(biāo)軸構(gòu)成的 ， 又稱 ABC坐標(biāo)系。如在三相交流電機(jī)的定子三相繞組中通以時 間上互差 120? 的三相平衡正弦電流 Ai 、 Bi 、 Ci ，則可以產(chǎn)生以同步角頻率 ? 旋轉(zhuǎn)的三相定子合成磁動勢空間矢量 JF 。 2．兩相靜止坐標(biāo)系 (??? 坐標(biāo)系 ) 假定有兩相空間 位置相差 90? 的固定繞組，其軸線分別為 ? 、 ? ，組成兩相靜止A 0 C B ? JF ? d q ? 90? 圖 2– 1 常用的坐標(biāo)系 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)信號檢測 3 坐標(biāo)系 (? 軸逆時針超前 ? 軸 90? )。若在此兩相固定繞組中 ? 、 ? ，通以在時間上相差 90? 電角度的兩相平衡交流電流 i? 、 i?，同在定子三相繞組中通以時間上互差 120? 的三相平衡正弦電流一樣 Ai 、 Bi 、 Ci ，也會產(chǎn)生同樣 的合成磁動勢空間矢量 JF 。 3． 兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 (dq坐標(biāo)系 ) 前面的 ABC坐標(biāo)系和 ??? 坐標(biāo)系都是靜止不動的，而 dq坐標(biāo)系卻是固定在電機(jī)轉(zhuǎn)子上，同轉(zhuǎn)子一起以同步角頻率 ? 旋轉(zhuǎn)，因此稱為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系；如圖 21所示，其兩坐標(biāo)軸分別為 d、 q，空間位置相差 90? (q軸逆時針超前 d軸 90? )。如在該相互垂直的繞組 d、 q中通入直流電流 di 、 iq ，同樣也可以產(chǎn)生與上述三相定子合成磁動勢空間矢量一樣的合成磁動勢空間矢量 JF 。 坐標(biāo)變換及變換矩陣 目前，對交流電機(jī)的控制主要是在三相交流電動機(jī)上模擬直流電動機(jī)的控制規(guī)律進(jìn)行的分析和研究；從而將直流電動機(jī)的控制方法移植到交流電動機(jī)上，這其中最關(guān)鍵的問題就是交流量與直流量的轉(zhuǎn)換，這 就需要借助坐標(biāo)變換使各物理量從靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。坐標(biāo)變換必須遵循兩個原則： (1)變換前后電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢完全一致； (2)變換前后電動機(jī)的功率相等。由以上原則推導(dǎo)出三種坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系如下 1112 223 33022abcFFFFF???? ???????? ????? ???? ??? ?????? ﹙ 21﹚ c o s s ins in c o sdqF FF F????????