基于SVPWM算法的永磁同步电机闭环控制讲述.ppt

永磁同步电机伺服控制系统 目录 一、永磁同步电机矢量控制系统 1.1 永磁同步电机的结构和数学模型 1.2 永磁同步电机矢量控制基本原理 二、永磁同步电机的 SVPWM 控制 2.1 空间矢量调制理论 2.2 SVPWM算法程序实现 三、永磁同步电机双闭环控制系统 3.1 矢量控制系统结构 一、永磁同步电机矢量控制系统 1.1 永磁同步电机的结构和数学模型 永磁同步电动机是在三相电励磁同步电动机的基础上发展而来的。只不过它是采用永磁体作为转子励磁，从而省去了集电环、电刷和励磁绕组等，简化了结构，性能更优越。而定子部分与三相电励磁同步电动机的基本一样，因而被称为永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）。PMSM 的一个基本特点就是能在稳态运行时，在定子三相绕组中产生正弦波感应电动势。 对于面装式永磁同步电机，则有 ， 称为等效励磁电感。 其中 Lmd、Lmq，分别为直轴等效励磁电感和交轴等效励磁电感。 对于面装式转子结构，永磁体内部的磁导率十分小，接近空气的磁导率，因此对于定子三相绕组产生的电枢磁动势而言，电动机气隙为均匀的。 图1.1两极面装式 PMSM 的物理模型 由图 1.1，在三相坐标系下，永磁同步电机三相绕组的电压方程可以表示为： （1.1） 其中，永磁同步电机的定子磁链方程为： 式（1.2）中 、 、 分别为三相绕组的自感； 、 、 、 、 、 分别为三相绕组的互感。 分别为转子的磁链 与各相 绕组交链； 分别为三相绕组的相电流；θ 则为转子的位置角；对 于面贴式永磁同步电机，三相绕组的自感和互感分别相等。 (1.2) (1.3) 图1.2 静止 DQ 轴系与同步旋转 dq轴系 首先，将静止（ABC）轴系变换为静止（αβ）轴系坐标： (1.4) 然后，再通过坐标变换将空间矢量由（αβ）轴系变换到同步旋转（dq）轴系，如图 1.2 所示。即有下面的公式： (1.5) 由静止（ABC）坐标轴系到静止（αβ）坐标轴系的变换只完成了由三相到两相的 “相数变换”，而静止（αβ）坐标轴系到同步旋转（dq）坐标轴系的变换是一种“频率变换”。在直流电动机中，电枢绕组中的交流电流是通过换向器和电刷变成直流电的。而式 1.4 和式 1.5 所起到的作用也相当于换向器的作用，经过这两种变换最终将交流永磁同步电机等效为直流电机，使其的控制性能有了很大的提升。 下面我们对已得到的公式继续分解，得到： 磁链方程为： 电磁转矩方程为： (1.7) (1.6) 式中Ψd、Ψ2d为定、转子磁链直轴分量；Ψq 、Ψ2q为定、转子磁链交轴分量； 为定子电流直轴分量， 为定子电流交轴分量； 、 分别为定子、转子的直轴同步电感，Lmd、Lmd为定转子之间的 d、q 轴互感。因为大多数的 PMSM 中转子上没有阻尼绕组，所以电动机的电压、磁链方程便可得到相应简化： （1.8） 电磁转矩方程为： 由电磁转矩方程的表达式（2.9）可以看出，永磁同步电机的电磁输出转 矩由两部分组成，分别为由永磁体产生的永磁转矩以及由电机的凸极特 性使得转子不对称所造成的磁阻转矩。 1.2 永磁同步电机矢量控制基本原理 矢量控制的主要思想是将交流电动机等效模拟为直流电动机，通过 坐标变换的方法将定子电流分解为转矩和励磁两个分量，从而实现解耦 控制，使交流电动机具有象直流电机一样好的控制特性。因此，对交流 电动机转矩控制的关键是对定子电流矢量幅值和相位的控制。 矢量控制又被称作磁场定向控制，按照同步旋转参考坐标系定向方 式可以分为定子磁场定向控制、转子磁场定向控