基于非正交坐標系下模糊PI永磁同步電機的研究

摘 要： 為了提高礦用永磁同步電機的抗干擾能力，針對永磁同步電機逆變器中傳統SVPWM（電壓空間矢量）算法的缺陷性，采用非正交坐標系下算法，與傳統SVPWM算法相比該方法簡化了矢量算法步驟。速度外環采用模糊PI控制器，在線調整PI控制器中的參數，增強系統的魯棒性。通過Matlab/Simulink建立仿真模型，仿真結果表明非正交坐標系下模糊PI永磁同步電機系統具有更好的穩定性和抗干擾能力，具有良好的性能。

關鍵詞： 永磁同步電機； 逆變器； 非正交坐標系； 模糊PI控制器

中圖分類號： TN919?34； TM341 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）11?0164?04

Abstract： In order to improve the anti?interference ability of permanent magnet synchronous motor （PMSM）， and overcome the defects of the traditional space vector pulse width modulation （SVPWM） algorithm applied to PMSM inverter， the algorithm based on non?orthogonal coordinate system is adopted. In comparison with the traditional SVPWM algorithm， the steps of the proposed algorithm are simplified. The fuzzy PI controller adopted by the outer loop to control the speed is used to adjust the para?meters in PI controller and improve the system robustness. The simulation model was established by means of Matlab/Simulink. The simulation results show that the PMSM system with fuzzy PI controller based on non?orthogonal coordinate system has superior stability and anti?interference ability， and good performance.

Keywords： permanent magnet synchronous motor； inverter； non?orthogonal coordinate system； fuzzy PI controller

0 引 言

永磁同步電機（PMSM）以其高效率、高功率密度、體積小等優點在傳動系統中已經成為研究的熱點[1?2]。目前應用最廣泛的仍然是傳統雙閉環PI控制方式。但這種傳統控制方式依賴于系統的精確模型，當系統發生參數改變或不確定因素時，雙閉環控制方式難以滿足系統期望的性能，抗干擾能力較差，因此獲得新的控制方式一直是研究的熱點。

矢量控制方式是PMSM常用的驅動方式，但傳統SVPWM算法涉及到坐標變換，以及大量的三角函數計算，其算法復雜、運算量大。非正交坐標系下的SVPWM算法減少了三角函數的運算，化簡了算法步驟，對微處理器的要求低[3]。PMSM在運行過程中PMSM本身強耦合、非線性的特點使傳統雙閉環PI控制方式難以滿足要求[4?5]。智能控制是一種無需或盡可能減少人為干預使系統能夠獨立地驅動智能機器實現對目標的自動控制，用來解決傳統控制難以解決的復雜系統的控制方式[6]。智能控制包括模糊控制、神經網絡控制、預測控制等[7]。本文采用模糊控制將速度外環改為模糊PI控制，實時控制PI控制器的兩個參數，增強系統的魯棒性。

本文采用非正交坐標系下的矢量控制方式，并將PMSM傳統雙閉環控制中的外環改為模糊PI控制方式，應用模糊控制理論控制器在線調整PI調節器的比例積分系數，使PMSM具有更強的抗干擾能力和魯棒性。最后通過仿真證明了該方法的正確性。

1 永磁同步電機的PMSM的數學模型

式中：表示軸和軸的定子電壓；表示軸和軸的定子電流；表示定子電阻；表示轉子磁鏈；表示微分算子；為轉子角頻率；表示軸和軸的定子磁鏈；表示電磁轉矩和負載轉矩；表示磁極對數；和分別表示為電機轉動慣量和摩擦及風阻力矩系數。

圖1所示為轉子磁場定向控制，速度外環不再采用常規的PI控制器，而是改為模糊PI控制器，達到在線調整PI參數的目的。逆變器部分采用非正交SVPWM方法，化簡算法步驟，整體上提高系統性能。

2 非正交坐標系下SVPWM算法

非正交坐標系下的SVPWM算法是將直角α?β坐標系變換為p?q 60°斜角坐標系。在該坐標系下，6個非零矢量全部在p?q坐標系中，從而可以避免大量的三角函數運算。

根據的正負關系輸出的扇區波形。按照所處扇區的位置進行簡單計算即可得到在相關坐標系下的投影值，進而可以計算出非零矢量的作用時間。其零矢量時間的分配和基本作用矢量的作用順序與傳統SVPWM算法完全相同。與傳統SVPWM算法相對比，該方法運算速度大大提高。

3 模糊PI控制器

6 結 論

本文將永磁同步電機逆變器環節采用非正交SVPWM算法，簡化了矢量控制算法。速度外環采用模糊PI控制，通過模糊控制器在線調整PI控制器中的兩個參數，提高PMSM的動穩態性能。最后通過仿真證明，模糊PI非正交矢量控制系統具有更強的抗擾性和魯棒性。因此本文可以為永磁同步電機的研究提供參考依據。

參考文獻

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