【正文】 并將兩種控制方法進行比較。 最大轉(zhuǎn)矩電流比 (MTPA )原理 ........................................ 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻 .................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 尤其是近年來成功研發(fā)了高性能永磁材料以及永磁材料普遍應用，使得永磁同步電機高速發(fā)展。因此研究永磁同步電機定子電流最小控制，具有重要的理論意義和實用價值 [1]。這主要是同步電機與異步電機的工作方式不同，永磁同步電機不能在電網(wǎng)電壓下自行起動，靜止的轉(zhuǎn)子磁極在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，平均轉(zhuǎn)矩為零。八十年代，稀土永磁材料的研制取得了重大的進展，為調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展奠定了堅實的基礎。 永磁同步電機的結(jié)構(gòu)和分類 永磁同步電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)子和定子兩大部分組成。三相異步電機的控制方法類似于永磁同步電機的控制，采用矢量控制方法，通過坐標變換，使得控制永磁同步電機像控制直流電機 那樣簡單高效。故本文以下主要是對正弦波永磁同步電機建模，并對其控制進行研究 [1]。 永磁同步電機控制方法 矢量控制 上世紀七十年代，德國人 F. Blaschke 首先提出了矢 量控制理論，交流電機的控制理論得到飛速發(fā)展。其中 id=0 控制是主要控制方式，本文主要對這種控制方式以及在這種控制方式的基礎上進行定子最小電流控制系統(tǒng)研究 。異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制最初被提出，不能直接應用于對永磁同步電機。永磁同步電動機的數(shù)學模型包括：電壓方程，磁鏈方程，轉(zhuǎn)矩方程和構(gòu)成的永磁同步電機的數(shù)學模型的基礎上的運動方程。 永磁同步電機的磁鏈方程 每個繞組的磁鏈是它本身的自感磁鏈和與其它繞組的互感磁鏈之 和，即： c o s2c o s( )32c o s( )3a aa ab ac ab ba bb bc b fc c a c b c c cL M M iM L M iM M L i?????????? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ??? () 式中： abM ， acM ， baM ， bcM ， caM 和 cbM ， 為三相定子繞組之間的互感， aaL ，bbL ， ccL ，為三相定子自感， f? 為永磁體磁鏈的最大值，對于特定的永磁同步電機為一常數(shù)， rw 為轉(zhuǎn)子的電角速度。 永磁同步電機的機械運動方程 永磁同步電機的機械運動方程為 : me l m dT T B J dt??? ? ? () 式中： Tl為負載轉(zhuǎn)矩， B 為粘滯摩擦系數(shù)，為轉(zhuǎn)子的機械角速度， J 為轉(zhuǎn)動慣量。 永磁同步電機在兩相旋轉(zhuǎn)坐標系中的數(shù)學模型 設轉(zhuǎn)子永磁體的基波磁場方向為 d 軸，而 q 軸為沿著旋轉(zhuǎn)方向超前 90 的電角度的方向。 將式 ()代入式 ()就可以得到永磁同步電機 dq 軸坐標系下的電壓方程： d dqrqq dru iRL iu LR?? ??? ??????? ?????????? () (3)永磁同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩方程為： 33( ) ( )22e n d q q d n f q d q q dT P i i P i L L i i? ? ???? ? ? ? ??? () 式中： nP 為永磁同步電機的極對數(shù)。通過兩個獨立的分量的控制，以使交流電動機的控制可以像直流電動機的控制一樣容易 [6]。其中： s 表示靜止， r 表示旋轉(zhuǎn)。通過對這些模塊的有機結(jié)合，實現(xiàn)了永磁同步電機的矢量控制。模塊的結(jié)構(gòu)如圖 所示，輸入信號為旋轉(zhuǎn)坐標系下 dq 軸電壓 du ，qu 及位置信號 ? ，輸出為兩相靜止坐標系下的電壓 ?u ， ?u 。三組橋臂共有八種通斷狀態(tài)，這八種通斷狀態(tài)產(chǎn)生六個有效的空間矢量 u1(001)～ u6(110)和兩個無效的零矢量 u0(000)～ u7(111)如圖 所示。 則有： 4 1 6 2 0 01 2 0su T u T u T u TT T T T? ? ??? ? ? ?? () 6u4usu62 uTT41 uTT 圖 電壓空間矢量的線性組合 分步搭建 SVPWM 中的各個子模塊 [10] [11]： (1) 根據(jù)測得的兩相靜止電壓 u? 和 u? 通過矢量所在扇區(qū)判斷模塊確定電壓矢量 su 所在的扇區(qū)。 表 與扇區(qū)對應關系 扇區(qū)號 A B C D E F n 3 1 5 4 6 2 1NS w i t ch 2S w i t ch 1S w i t ch4G a i n 32G a i n 2 K G a i n 1 K G a i n0C o n s t a n t 11C o n s t a n t2U b e t a1U a l f a 圖 扇區(qū)判斷模塊 (2)基本矢量有效作用時間計算模塊（ X,Y,Z 與 T1,T2） 定義 X， Y， Z 三個變量，令duXTu?? ， 3 2duuYTu???? ， 32duuZTu?????其中 u? 、 u? 、 T 上同， du 為逆變器直流母線電壓。模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。產(chǎn)生模塊結(jié)構(gòu)如圖 48 所示。給定轉(zhuǎn)速為在 0s 是為 500rad/s,階躍后為 750rad/s。當負載突變時，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩、定子電流了都有一個脈動，經(jīng)過調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速能夠 快速穩(wěn)定的再次跟蹤給定值。但是在 時負載轉(zhuǎn)矩 lT 從 階躍到 ，此時從仿真結(jié)果可以看出電機的定子電流、轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩在 有一個較小的脈動但很快達到穩(wěn)定狀態(tài)。三相定子電流呈正弦波變化，在負載突變后幅值有明顯的躍升，但也很快達到穩(wěn)定。仿真結(jié)果說明所搭建的永磁同步電機控制系統(tǒng)仿真模型具有一定合理性和可靠性，更加凸顯了最小定子電流控制方式較 0?di 控制方式的在動態(tài)性能要求高的控制系統(tǒng)中優(yōu)越性。本文從研究永磁同步電機的數(shù)學模型出發(fā)，基于最大轉(zhuǎn)矩電流比 建立了基于空間矢量控制的永磁同步電機仿真模型，并以并進行了仿真，本文的主要工作如下： (1)分析了 課題研究的背景及意義，回顧永磁同步電機的發(fā)展歷程。 (3)分析了永磁同步電機定子電流最小控制和 0?di 控制方式的工作原理。根據(jù)系統(tǒng)模塊化建模的思想，將控制系統(tǒng)分成各個功能獨立的子模塊，主要有：坐標變換模塊、 SVPWM 模塊、 電流反饋控制模塊 和電機本體模塊。例如對采用高硅鋼片作鐵心材料的大型電機來說 ,鐵耗 占銅耗的一部分， 而對于采用較厚的普通硅鋼片電機來說 ， 鐵耗占銅耗 的比例越高，影響更大 [11]。只有這樣，才能把電機控制推向一個嶄新的高度。這些方面的忽略對控制精度要求極高的系統(tǒng)如伺服系統(tǒng)來說，對更好的控制方法進行控制來獲得更高的性能提出了新的要求。 展望 雖然我在永磁同步電機控制器的設計及仿真方面做了一點工作，但是由于永磁同步電機結(jié)構(gòu)的特殊性和控制系統(tǒng)的復雜性，以及作者時間和能力有限，論文中還存在一些問題有待進一步思考和研究： 我們 在建立 永磁同步 電機的動態(tài)數(shù)學模型時 ， 為了便于列 出其基本方程式 ，通常都 忽略電機的鐵耗、變量復雜多變、強耦合、非線性等問題 。最后 采用曲線擬和的方法反解 MTPA 關系式。 (2)在一定假設條件下對永磁同步電機在不同坐標系下的數(shù)學模型進行了分析與總結(jié)。 6 總結(jié) 與展望 總結(jié) 由于永磁同步電機結(jié)構(gòu)簡單，電磁轉(zhuǎn)矩紋波系數(shù)小、速度響應快、動穩(wěn)態(tài)性能優(yōu)異及過載能力強等優(yōu)點，同時先進控制理論的快速發(fā)展以及新型永磁材料技術的突破使得永磁同步電機成為今后交流調(diào)速系統(tǒng)研究和發(fā)展的重點和熱點。可見此種控制方式下的永磁同步電機穩(wěn)態(tài)性能、抗干擾能力較強，有一定的動態(tài)響應能力相對差一些。 (2)對于 電流 0?di 控制方式起動響應速度相對較慢，轉(zhuǎn)速有一個比較較大的脈動。轉(zhuǎn)矩在開始啟動時脈動很大但 是在 左右很快穩(wěn)定在系統(tǒng)所設定的 lT =0(0t),達到平衡。 5 仿真結(jié)果 電流 0?di 控制方式和 最小定子電流控制方式下的仿真出電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波形 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 4 0 3 0 2 0 1 0010203040500 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 20200400600800100012000 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 3 0 2 0 1 0010203040A/sabci/min/rnN.m/eTs/t 圖 電流 0?di 控制方式下的定子電流、轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩波形 仿真結(jié)果分析 由仿真波形可以看出，在參考轉(zhuǎn)速下，所設定輸出轉(zhuǎn)