空心杯永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、空心杯電動(dòng)機(jī)屬于直流、永磁、伺服、微特電機(jī)，由于其具有突出的節(jié)能特性、靈敏方便的控制特性和穩(wěn)定的運(yùn)行特性，作為高效率的能量轉(zhuǎn)換裝置，代表了電動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向之一，在航空及一些高端伺服領(lǐng)域應(yīng)用較廣。 由于空心杯永磁同步電機(jī)繞組無鐵芯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，該電機(jī)的繞組電感量低，續(xù)流能力弱，電氣時(shí)間常數(shù)小，會(huì)造成在一個(gè)開關(guān)調(diào)制周期內(nèi)繞組電流波動(dòng)大，尤其在電機(jī)低速輕載時(shí)，繞組內(nèi)電流甚至?xí)霈F(xiàn)斷流情況，這就會(huì)使繞組電流諧波分量增大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增加。而且

2、電流波動(dòng)大也會(huì)造成電流采樣誤差大，影響控制精度。 本文針對(duì)繞組星形連接的空心杯永磁同步電機(jī)進(jìn)行寬范圍轉(zhuǎn)速控制，在詳細(xì)分析了該電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和常用的控制策略的基礎(chǔ)上，提出了一種新的控制方法，并通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其正確性。試驗(yàn)中電機(jī)調(diào)速范圍達(dá)到30-12000rpm，在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)運(yùn)行穩(wěn)定，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。本文的主要內(nèi)容如下： 第一，詳細(xì)介紹了空心杯永磁同步電機(jī)的特性，給出了電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，通過等效變換給出了空心杯

3、永磁同步電機(jī)的直流電機(jī)模型。 第二，通過分析電機(jī)的特性，提出采用SPWM調(diào)制的電壓矢量超前轉(zhuǎn)子位置90°電角度的控制策略。 第三，針對(duì)空心杯電機(jī)繞組的電感量低，電氣時(shí)間常數(shù)小而造成繞組內(nèi)電流波動(dòng)大的問題，本文采取兩種方法進(jìn)行改善。首先通過加大SPWM的開關(guān)調(diào)制頻率進(jìn)行改善；其次，通過軟件判斷SPWM的調(diào)制深度，對(duì)其進(jìn)行滯環(huán)比較，在空心杯電機(jī)運(yùn)行在低速輕載情況下，通過軟件自動(dòng)調(diào)節(jié)，降低母線電壓來改善電流的波動(dòng)情況。在對(duì)調(diào)制

4、深度進(jìn)行判斷時(shí)，進(jìn)行時(shí)間延遲，當(dāng)母線電壓重新穩(wěn)定后再進(jìn)行判斷是否需要再次改變。 第四，在對(duì)繞組電流采樣過程中，在每個(gè)三角載波的頂端和底端進(jìn)行電流采樣，因?yàn)榇藭r(shí)繞組內(nèi)電流最接近一個(gè)開關(guān)調(diào)制周期內(nèi)的有效值，最后對(duì)所采樣的電流求平均值以減小電流波動(dòng)造成的誤差。 第五，運(yùn)用上述提出的方法，為其設(shè)計(jì)了由轉(zhuǎn)速外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)控制組成的控制系統(tǒng)。并在此基礎(chǔ)上，利用Matlab/Simulink軟件建立控制系統(tǒng)的仿真模型。最后通過研