【正文】 構(gòu) 本系統(tǒng)采用id =0的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制策略，對(duì)象為面裝式PMSM，電流反饋信號(hào)由霍爾電流傳感器獲得到，位置、速度信號(hào)由光電碼盤得到。系統(tǒng)供電電源由不控整流經(jīng)過電容濾波得到。系統(tǒng)逆變器選用IPM智能模塊。系統(tǒng)速度環(huán)和電流環(huán)均為數(shù)字化控制?？刂坪诵臑門MS320F2812，軟件全部用C編寫，具有較高的控制效率。數(shù)字調(diào)節(jié)器基本結(jié)構(gòu)為PI調(diào)節(jié)，在速度環(huán)控制中結(jié)合滑?？刂品椒?，有效地抑制了速度響應(yīng)超調(diào)。另外，為了抑制反電勢(shì)的干擾，在系統(tǒng)中加入了反電勢(shì)補(bǔ)償。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)整體性能良好。所用的永磁同步電動(dòng)機(jī)參數(shù)如表61所示。 PMSM控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)性能分析 以下實(shí)驗(yàn)波形除電流采樣直接在電阻上采樣外，其他變量均是通過把相應(yīng)變量以PWM方式輸出再阻容濾波后測(cè)得的，載波頻率為l0kHz。阻容濾波電阻為l0kQ，濾波時(shí)間常數(shù)為3ms。電機(jī)控制的實(shí)質(zhì)是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，而電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制則通過控制電機(jī)的電流實(shí)現(xiàn)。因此，電機(jī)控制性能的優(yōu)劣很大程度上取決的數(shù)字電流環(huán)的控制好壞。如圖663為給定轉(zhuǎn)速為400r．min1，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為1N．m電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的AB相電流、αβ坐標(biāo)系下的電流響應(yīng)波形，從圖中可以看出電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流先陡升到較大值，使電機(jī)以最大力矩升速，且在電機(jī)穩(wěn)定后電流波形可以穩(wěn)定，正弦性較好，A、B相電流互差l20度，α、β相電流相差90度。如圖665為給定轉(zhuǎn)速為400r．min1，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為lN．m電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的速度、交直軸電流響應(yīng)波形。從圖中可以看出轉(zhuǎn)速只需大約15ms即可到達(dá)400 r．min1。而口電流則先陡升到最大值，使電機(jī)以最大力矩升速，隨后即可穩(wěn)定在一定值且脈動(dòng)很小。另外d軸電流在啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)短時(shí)間較大波動(dòng)后即可恢復(fù)到在0值上下小幅度波動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)以上分析可知，電機(jī)能夠快速啟動(dòng)，轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定，且能夠控制直軸電流在接近零值的較小范圍內(nèi)波動(dòng)，電流解耦程度良好，較好地實(shí)現(xiàn)了id=0的控制方案。為了分析控制系統(tǒng)的低速性能，控制電機(jī)運(yùn)行在l r．min1，由于電機(jī)使用的是2500線的混合式光電編碼器檢測(cè)位置信號(hào)，其轉(zhuǎn)速根據(jù)反饋的AB位置脈沖信號(hào)通道算法在軟件上計(jì)算得到，無(wú)法得到轉(zhuǎn)速直觀波形。但此時(shí)電機(jī)的的位置A、B脈沖卻間接反映了電機(jī)轉(zhuǎn)速，可通過該脈沖周期計(jì)算得到轉(zhuǎn)速大小。如圖66示，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在l r．min1l時(shí)，每60s內(nèi)返回2500個(gè)的A、B脈沖信號(hào)，故脈沖信號(hào)周期為60/2500s 24ms，觀測(cè)圖65其脈沖周期符合計(jì)算值。 圖67為給定轉(zhuǎn)速為l r．min1，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為3 Nm時(shí)，A相電流和A相阻容濾波后的馬鞍波波形。從圖中可以看出，電流的正弦度較好，且A相馬鞍波和A相電流的相位一致。 圖669為l r．min1負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和電流響應(yīng)波形。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然由INm增加到3Nm時(shí)，轉(zhuǎn)矩在加載的瞬間有一個(gè)較大的階躍，過渡時(shí)間小于2s，轉(zhuǎn)矩基本沒有超調(diào)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)沒有增大。電流隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩的增加也迅速增加，并迅速進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，電流波形沒有畸變。圖6611為恒定轉(zhuǎn)矩，給定轉(zhuǎn)速突變時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)波形。從圖中可以看出，在給定轉(zhuǎn)速突變時(shí)，轉(zhuǎn)矩波形經(jīng)短暫波動(dòng)后即可回復(fù)至穩(wěn)定值，而反饋轉(zhuǎn)速波形幾乎垂直變化到給定值。這些說明系統(tǒng)在l r．min1時(shí)具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和抗干擾能力。由以上的分析可以看出，本文所設(shè)計(jì)的永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)具有控制精確較高，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)性較好，抗干擾能力較強(qiáng)等特點(diǎn)。 通過對(duì)設(shè)計(jì)的PMSM矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析表明，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理且具有良好的控制性能，從而為今后進(jìn)一步改進(jìn)和研究高性能的永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。結(jié)論 本文在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)永磁同步電機(jī)及其控制系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀作了總結(jié)和概括。同時(shí)以TI公司的DSP控制器TMS320F2812為主控芯片設(shè)計(jì)了一套高性能永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)。 在本課題的研究與開發(fā)過程中，主要完成了以下工作： 1．首先介紹了永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)及其數(shù)學(xué)模型；接著深入研究了永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制的工作原理及其電流控制方法，確定電流反饋控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分析電流解耦環(huán)節(jié)的主要影響因素并給出解決辦法。然后，詳細(xì)敘述了空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的基本原理及其具體實(shí)現(xiàn)方法。 2．介紹了滑模變結(jié)構(gòu)的基本原理，并針對(duì)變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)中的抖振問題設(shè)計(jì)了滑模變結(jié)構(gòu)組合速度環(huán)控制器。并在以上在理論研究的基礎(chǔ)上，建立了基于Matlab的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)仿真模型，通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性，為實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析打下了基礎(chǔ)。 3．在仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，完成了以DSP TMS320F2812為系統(tǒng)控制核心的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，并對(duì)控制系統(tǒng)的硬軟件主要組成部分功能結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，其中在軟件設(shè)計(jì)中詳細(xì)分析了三種測(cè)速算法的優(yōu)劣和韌始位置角的具體檢測(cè)方法。 4．在以上設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上試制了一套永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)裝置，最后通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析表明，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理且具有良好的控制性能，從而為今后進(jìn)一步改進(jìn)和研究高性能的永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。 對(duì)于本課題的全面展開，以下工作還有待于進(jìn)一步改進(jìn)和研究： 1．軟件方面設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)潔，程序更加模塊化； 2．實(shí)現(xiàn)無(wú)速度傳感器矢量控制調(diào)速系統(tǒng)； 3．將現(xiàn)代控制理論應(yīng)用到PMSM控制系統(tǒng)中； 4．實(shí)現(xiàn)弱磁控制； 5．采用死區(qū)補(bǔ)償策略。參考文獻(xiàn)【l】 高景德，王祥珩，李發(fā)海，交流電機(jī)及其系統(tǒng)的分析[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2005: 1427.【2】 李鐘明，稀土永磁電機(jī)[M] .北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1999: 205213.【3】 陳榮，嚴(yán)仰光．交流永磁伺服系統(tǒng)控制策略研究[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2004, 20(4): 205208．【4】 李燁，嚴(yán)欣平．永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J].微電機(jī)，2001，34(4): 3033．【5】 . 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