基于PMSM的調(diào)速系統(tǒng)控制算法的研究

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（廣州城建開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)院有限公司 廣東省廣州市 510000）

在實(shí)際工程運(yùn)用中，調(diào)速系統(tǒng)工作的對(duì)象有時(shí)是變動(dòng)的，有時(shí)候又是固定的。當(dāng)負(fù)載為固定對(duì)象時(shí)，系統(tǒng)中的參數(shù)設(shè)置好后，運(yùn)行狀態(tài)處于良好，則可以使用。但是當(dāng)負(fù)載處于一個(gè)變量中，仍然使用之前的參數(shù)，電機(jī)很大可能會(huì)造成燒損或負(fù)載對(duì)象受到損壞；參數(shù)自整定就脫穎而出，在變量中動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)自整定。

1 在線自整定

在實(shí)際工程上由于負(fù)載對(duì)象的改變，調(diào)節(jié)好的參數(shù)就得經(jīng)常派工程技術(shù)人員去調(diào)整，既耽誤人工，又耗時(shí)。為此，為了使得控制器通用性更強(qiáng)，需要實(shí)現(xiàn)參數(shù)在線自整定功能。

為此本文對(duì)電機(jī)負(fù)載擾動(dòng)處理的另一種方式，可實(shí)現(xiàn)參數(shù)在線自整定功能。設(shè)計(jì)的永磁同步電機(jī)在線自整定控制算法框圖如圖1所示。梳理其工作原理：在PI調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，對(duì)電流環(huán)與速度環(huán)的輸入、輸出量增加一定量的補(bǔ)償量，使得輸出信號(hào)能夠達(dá)到目標(biāo)要求，接下來(lái)進(jìn)行電機(jī)坐標(biāo)系通用的變換，這里就不過(guò)多闡述，通過(guò)變換后輸入到SVPWM內(nèi)，最后調(diào)節(jié)PWM的占空比，提高電機(jī)運(yùn)行效率[3]。

由圖1可以看出，本文研究的算法，最終目標(biāo)是將擾動(dòng)量作為補(bǔ)償量，補(bǔ)償?shù)较到y(tǒng)中，使得系統(tǒng)輸出的轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定。首先對(duì)速度環(huán)與電流環(huán)的輸出值均通過(guò)比較，對(duì)比較得到的誤差通過(guò)PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行改善；然后在改善的過(guò)程中，一方面對(duì)PI參數(shù)進(jìn)行在線修訂，另一方面通過(guò)調(diào)節(jié)輸出值與補(bǔ)償量之間的關(guān)系，最后使輸出值接近實(shí)際值。在整個(gè)調(diào)節(jié)中，有一些細(xì)節(jié)需要注意，例如經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)后的輸出，必須在輸出端增加積分飽和限值，其目的是為了使PWM作用時(shí)，能夠有依據(jù)；同時(shí)在采集對(duì)流信號(hào)時(shí)，使用霍爾元件或者三電阻法；在對(duì)電機(jī)位置進(jìn)行最終的過(guò)程中，采用目前使用比較多的光學(xué)元件，例如光電編碼器；為了對(duì)位置環(huán)上的q軸電流進(jìn)行跟蹤，采取觀察器的方式。

圖1：永磁同步電機(jī)在線自整定控制算法框圖

2 自整定模型的仿真

對(duì)永磁同步電機(jī)在線自整定控制算法進(jìn)行搭建模型和仿真，模型改進(jìn)后如圖2所示。

圖2：在線自整定控制算法搭建的仿真模型

由圖2，在整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型中可以看出，負(fù)載對(duì)象的固定或改變，直接影響到擾動(dòng)量Δ，當(dāng)負(fù)載對(duì)象固定時(shí)，擾動(dòng)量反饋給前端補(bǔ)償量將為零；當(dāng)負(fù)載對(duì)象為一個(gè)變量時(shí)，擾動(dòng)量將會(huì)對(duì)前端的輸入、輸出量進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，最終使系統(tǒng)性能穩(wěn)定、良好。

在具體設(shè)計(jì)電機(jī)控制系統(tǒng)[4]的時(shí)候，要考慮兩個(gè)性能要求：一個(gè)是對(duì)于電機(jī)靜態(tài)和瞬態(tài)響應(yīng)的問(wèn)題，對(duì)于靜態(tài)時(shí)，就不考慮了，重點(diǎn)是在系統(tǒng)處于瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)，電機(jī)的曲線應(yīng)穩(wěn)定平滑；第二個(gè)是對(duì)于誤差量而言，理論上是越小越好，但是在實(shí)際工程中，根據(jù)使用的場(chǎng)所，來(lái)決定系統(tǒng)的穩(wěn)定性與精度等，也就是要調(diào)整響應(yīng)參數(shù)。對(duì)于動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的誤差，換句話也就是讓系統(tǒng)具有良好的位置控制。

3 仿真結(jié)果與分析

永磁同步電機(jī)在線自整定控制算法采用連續(xù)仿真，給定轉(zhuǎn)速為1500r/min。負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL在0.1秒由0N·m突變?yōu)?.2N·m。仿真結(jié)果如圖3、4和5所示。

圖4：永磁同步電機(jī)在線自整定控制算法的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線

圖5：永磁同步電機(jī)在線自整定控制算法的d軸電流響應(yīng)曲線

分析仿真實(shí)驗(yàn)圖，圖3、4和5來(lái)自仿真系統(tǒng)，在系統(tǒng)處于不同狀態(tài)時(shí)的結(jié)果。從曲線上來(lái)看，都屬于非常良好的曲線。圖3為電機(jī)轉(zhuǎn)速，圖4為電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Te，圖5為電機(jī)的id上的電流。在電機(jī)啟動(dòng)后，關(guān)鍵的因素是響應(yīng)、超調(diào)；穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，模擬負(fù)載對(duì)象突然發(fā)生變化，檢測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)、超調(diào)，從圖3可以看出，系統(tǒng)響應(yīng)快、超調(diào)小。一個(gè)系統(tǒng)在負(fù)載對(duì)象突然發(fā)生變化時(shí)，是否能夠繼續(xù)工作，同時(shí)又不損壞電機(jī)以及負(fù)載對(duì)象的情況下，檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升的過(guò)程，看多久可達(dá)到最大的轉(zhuǎn)矩，在此過(guò)程當(dāng)中，在瞬態(tài)與靜態(tài)時(shí)，電機(jī)的出力都要滿足性能，從圖4可以看出，系統(tǒng)不僅低功耗、節(jié)能，還能在負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，自整定參數(shù)調(diào)整。圖5可以看出，電機(jī)在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，d軸上的值在很小的范圍內(nèi)變動(dòng)，不管對(duì)象是固定的還是處在突然變動(dòng)的時(shí)候。

通過(guò)以上分析，電機(jī)的轉(zhuǎn)速曲線加速時(shí)間依然沒(méi)有變，還是很快，表明系統(tǒng)的響應(yīng)快。在響應(yīng)快的同時(shí)，轉(zhuǎn)速的超調(diào)量非常的小，幾乎達(dá)到了理想的效果。在負(fù)載突然變大的時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也非常的平穩(wěn)，幾乎無(wú)超調(diào)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出一種在線自整定控制算法，通過(guò)搭建模型，仿真，分析仿真結(jié)果，得出在線參數(shù)自整定的方法。在矢量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)電流環(huán)、速度環(huán)采取一定的補(bǔ)償，使得輸出量能夠滿足性能。