[永磁同步電機和交流異步電機]基于交流永磁同步電機的全數字伺服控制系統

更新時間:2014-02-06 來源:可行性報告 點擊:

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摘要:根據永磁同步電機的數學模型和矢量控制原理,通過仿真和實驗研究,開發出一套基于DSP控制的伺服系統,并給出了相應的實驗結果驗證該系統的可行性。

    關鍵詞:永磁同步電機;矢量控制;數字信號處理器

引言

目前,交流伺服系統廣泛應用于數控機床,機器人等領域,在這些要求高精度,高動態性能以及小體積的場合,應用交流永磁同步電機(PMSM)的伺服系統具有明顯優勢。PMSM本身不需要勵磁電流,在逆變器供電的情況下,不需要阻尼繞組,效率和功率因數都比較高,而且體積較同容量的異步電機小。近幾年來,隨著微電子和電力電子技術的飛速發展,越來越多的交流伺服系統采用了數字信號處理器(DSP)和智能功率模塊(IPM),從而實現了從模擬控制到數字控制的轉變。促使交流伺服系統向數字化、智能化、網絡化方向發展。本文介紹了一種永磁同步電機的伺服系統設計方法,它采用F240DSP作為控制芯片,同時采用定子磁場定向原理(FOC)進行控制。實驗結果證明,該系統設計合理,性能可靠,并已成功地應用于實際的伺服控制系統中。

圖1 系統控制框圖

1 PMSM數學模型

永磁電機可分為兩種:一種輸入電流為方波,也稱為無刷直流電機(BLDCM);另一種輸入電流為正弦波,也稱為永磁同步電機(PMSM)。本文針對后者的系統設計。為建立永磁同步電動機的轉子軸(dq軸)數學模型,作如下假定:

1)忽略電機鐵心的飽和;

2)不計電機的渦流和磁滯損耗;

3)轉子沒有阻尼繞組。

在上述假定下,以轉子參考坐標(軸)表示的電機電壓方程如下:

定子電壓方程

ud=Rsid+pψd-ωeψq  (1)

uq=Rsiq+pψq+ωeψd   (2)

定子磁鏈方程

ψd=Ldid+ψf   (3)

ψq=Lqiq   (4)

電磁轉矩方程

Tem=3/2Pn[ψfiq+(Ld-Lq)idiq]   (5)

電機的運動方程

J(dwm/dt)=Tem-TL   (6)

式中:ud,uq為d,q軸電壓;

id,iq為d,q軸電流;Ld,Lq為定子電感在d,q軸下的等效電感;

Rs為定子電阻;

ωe為轉子電角速度;

ψf為轉子勵磁磁場鏈過定子繞組的磁鏈;

p為微分算子;

Pn為電機極對數;

ωm為轉子機械轉速;

J為轉動慣量;

TL為負載轉矩。
(范文先生網www.fwsir.com收集整理)
2 矢量控制策略

上述方程是通過a,b,c坐標系統到d,q轉子坐標系統的變換得到的。這里取轉子軸為d軸,q軸順著旋轉方向超前d軸90°電角度。其坐標變換如下。

2.1 克拉克(CLARKE)變換
基于交流永磁同步電機的全數字伺服控制系統

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