永磁同步電動機調速控制系統的設計

薛海明 薛洪森

摘 要：建立矢量控制永磁同步電動機調速控制系統，可以有效加強控制系統的可靠性與適應性，提高系統的調速性能。在矢量控制永磁同步電動機調速控制系統中采用最新型的空間電壓矢量脈寬調制技術，可以使工作中的逆變器得到控制，并使電子磁鏈矢量的運動軌跡隨著電動機的運行逐漸靠近圓形的磁鏈軌跡。本文主要對永磁同步電動機調速控制系統的設計進行分析研究。

關鍵詞：永磁同步電動機；調速控制系統；設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.161

可調速的永磁同步電動機是一種新型的同步電動機，所應用的范圍十分廣泛，具有體積小、損耗低以及效率高等優勢?，F階段永磁同步電機得到了深入的應用，相關人員開始注重對永磁同步電機調速控制系統的探究?？臻g電壓矢量控制技術在交流電動機變頻調速中的得到了十分普及的應用，可以在一定程度上滿足工業的發展。

1 空間電壓矢量脈寬調制技術

空間電壓矢量脈寬調制技術通常運用于磁鏈跟蹤控制中。因此，也可以稱為磁鏈跟蹤控制技術?？臻g電壓矢量脈寬調制技術是利用逆變器輸出具有交替作用的多種基本空間電壓矢量，使傳輸出的電壓矢量進行合成，最終形成圓形磁鏈軌跡。同一個周期內的逆變器，若在六個有基礎的基本電壓空間矢量都進行一次輸入，定子磁鏈矢量會直接出現六邊形的運動軌跡，從而阻礙了圓形磁鏈軌跡的出現。為了可以在永磁同步電動機獲取圓形磁鏈軌跡，可以借助多種基本空間電壓矢量進行組合，從中獲取具有不同等幅的空間電壓矢量，使逆變器的使用狀態逐漸增加。

2 永磁同步電動機的運行情況

永磁同步電動機所具備的結構特點是無法直接啟動的，可以通過逆變器調節變頻速度。當通入永磁同步電動機由三相逆變器經過空間電壓矢量脈寬調制技術得到正弦交流電源后，永磁同步電動機會直接出現旋轉磁場，在磁場中與轉子永磁體磁鋼產生相互作用，并產生與定子在同一方向繞組旋轉的轉矩，當永磁體產生的轉矩與轉子本身的慣量被永磁同步電動機中的電磁轉矩進行克制后，永磁同步電動機可以被啟動，并且速度也會隨之上升，直到定子旋轉磁場可以帶動起轉子永磁體磁鋼同時開展工作。為了實現轉矩的最大化，需要在永磁同步電動機運行時轉子與定子磁通的夾角為直角[1]。

3 對永磁同步電動機數學模型的分析探討

通過對永磁同步電動機的數學模型的分析，可以從中了解到應用最為廣泛的數學模型是具有dq坐標系的，該數學模型不僅可以檢測出永磁同步電動機的運行性能，更能深入了解到永磁同步電動機的瞬態性能。因此，相關人員應并在創建永磁同步電動機的數學模型時做出假設，首先，對于電動機鐵心的飽和度不進行計算。其次，忽略電動機在運行時所出現的渦流以及磁滯的耗損情況。第三，假設三相交流電流為電動機的對稱電流。第四，阻尼繞組并沒有存在于轉子上。

4 矢量控制的永磁同步電動機調速系統的設計

在矢量控制的永磁同步電動機調速系統的設計中，雙閉環控制是所采用的電流轉速方式，誤差信號所輸入的轉速調節器是在轉子的定值r*與實際值r之間所存在的差值。在矢量控制的永磁同步電動機調速系統中，實際檢測出的永磁同步電動機由定子三相電流轉換為兩相電流，并將所得到的電流與調節器的輸出進行比較，最終得到的差值應用于電流調節器的輸入，并基于此，通過轉變后輸入到空間電壓矢量脈寬調制技術與逆變器?？臻g電壓矢量脈寬調制技術可以通過輸出信號逆變器的多個開關器件，并通過多種途徑的導通模式，產生多樣的空間電壓基本矢量，通過結合所產生的基本矢量，將其中制作成一組具有不同等幅的空間電壓矢量，使永磁同步電動機根據輸出電壓所產生的磁通，逐漸拉近與預期磁通圓的距離，通過有效措施控制永磁同步電動機[2]。

5 模糊PI自適應控制

5.1 傳統PI控制方法

與模糊PI控制相比，傳統PI控制中存在著比例系數與積分系數這兩個參數，并且該參數是確定的，不會因為系統出現誤差的變化，而進行改變。傳統的PI控制方法缺乏準確性，對系統所產生的變化具有響應，并在此基礎上，引入智能控制方法?？刂品椒ㄒ部梢苑譃槎喾N形式，其中主要包括專家控制，神經網絡控制以及模糊控制等多種方式方法，其中模糊控制方法在本文中更適用于與傳統PI控制方法進行結合，兩者的結合為模糊PI控制。

5.2 模糊PI控制方法

模糊PI控制方法的控制器在轉速環中，是以系統的誤差以及誤差所存在的變化率作為輸入，并根據模糊PI控制方法中的規則，找出積分系數和比例系數之間所存在的內在聯系。并在永磁同步電動機，檢測出系統的誤差。通過從找出的聯系與誤差，對積分系數于比例系數進行整合，使模糊PI控制參數可以滿足出現系統的誤差的要求。對于不同系統的誤差，模糊PI控制器所存在的參數比例系數與積分系數的數值也是不同的，比例系數與積分系數為輸出語言變量，與模糊控制器輸入語言變量存在比較性。

6 在仿真系統中創建仿真模型

在MATLAB/SIMULINK中進行系統仿真模型的構建，使用自適應模糊PI控制和傳統PI控制進行轉速控制器ASR的仿真，并仿真MATLAB。在T m值為0時，逐一仿真這兩種情況，在0.2s時，需要將3Nm的負載加于電機中，也就是T m值為3Nm時。對于轉速控制器而言，借助仿真結果可以比較模糊PI和傳統PI這兩個方法，進而得出最終結論，并對結果做出比較。

7 結論

綜上所述，是對永磁同步電動機調速控制系統的設計進行分析研究。通過設計永磁同步電動機調速控制系統，可以從中了解到在應用轉速控制器時，采用模糊PI自適應控制器時，在仿真系統中，可以取得良好的效果，并滿足電動機調速控制的需求，使永磁同步電動機調速控制系統的可行性得到了進一步的證實，為實際中的應用奠定了良好的基礎。

參考文獻：

[1]趙金越.基于模型參考自適應的電動車用永磁同步電動機無速度傳感器控制系統研究[J].電氣技術，2017（02）.

[2]石凱.采用變換擴大永磁同步電動機恒轉矩調速范圍的矢量控制系統研究[J].電氣開關，2017（05）.