六相永磁同步电动机磁场定向控制方案实例:
本文在分析了六相永磁同步电动机(PMSM)的数学模型的基础上,建立了六相PMSM 矢量控制系统的仿真模型。
同时,利用数字信号处理器TMS320LF2407的强大资源来实现矢量控制算法。
最后,仿真分析和实验结果相符合,而且使得系统能够获得很好的性能。
在满足一定的假设条件下,我们建立p 对极N 相正弦波永磁同步电动机在abc 坐标下和dq 坐标下的状态数学模型:
fs ss sr s s f r rs
rr r r L L i L L i ψψψψ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦,s s s r r u i p R u i ψψr ⎡⎤⎡⎤⎡=+⎤
⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦
式中
()
kd
kq
R diag r r
r r r =" 定转子绕组之间的互感矩阵
rs L − 232
3kd1
kd kd kdn rs sr kq1
kq kq kqn L L L L L L L L L L ⎡⎤
==⎢
⎥⎣⎦
"" 转子绕组的电感系数矩阵
rr L − 00
kd
rr kq L L L ⎡⎤=⎢
⎥⎣⎦
ss L -定子绕组电感系数矩阵
fs ψ-永磁体产生的磁通链过定子绕组的磁链
rs ψ-永磁体产生的磁通链过定子绕组的磁链
-定子绕组,直轴阻尼绕组和交轴阻尼绕组
,,kd kq r r r p -对时间的求导算子d
p dt
= dq系统的磁链方程
假设气隙磁场按正弦分布,忽略磁场的高次谐波分量,通过合适的变换矩阵
得到:
220
00
00
skd d kd kd d d fsd dq
q q skq q kq kq pL L r pL i i pL L r pL ψψψψ⎡⎤
−
⎢⎥+⎡⎤⎡⎤⎡⎤
⎢
⎥==+⎢⎥⎢
⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎢⎥−
+⎢⎥⎣
⎦
fsd ψ-定子相绕组轴线与直轴一致时,永磁体产生的基波磁通链过该相绕组的磁链
fr d ψ-永磁体产生的基波磁通链过转子绕组的直轴磁链
建立了p 对极N 相正弦波永磁同步电动机的数学模型后,有助于我们从控制的角度出发对其进行分析,进而实现各种先进的控制策略,只是基本而重要的步骤。
为建立六相PMSM的dq轴数学模型,假设:
(1) 电机定子绕组产生的磁动势波和磁场在空间上都按正弦分布; (2) 忽略电机铁心剩磁,磁路线性; (3) 不计定子表面齿、槽的影响。
在上述前提下,由图1所示的变换可得到dq 坐标系下六相PMSM 的磁链方程、电压方程和电磁转矩方程分别为:
d d d s
q s q q q s d 00
u i R p u i R ψψωψψ−⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡=++⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎣⎦⎣⎣⎦⎣⎦⎣⎦
⎤
⎥⎦ (1) d d
d f q q q 000L i L i ψψψ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤
=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦
⎣⎦⎣⎦⎣⎦
(2) em p f q d q d q ())T n i L L i i =+− (3) em l Ωd T T R J
dt
Ω
−−Ω= (4)
式中 u d, u q定子电压dq轴分量;R s定子绕组相电阻;i d, i q定子电流dq轴分量;ψd, ψq 定子磁链dq轴分量;ωs电角速度;ψf永磁体产生的磁链(转子磁链);L d, L q定子绕组dq轴分量;n p电机极对数;T em电磁转矩;T l负载转矩;RΩ阻力系数
Ω转子机械角速度;J转动惯量
控制系统框图:
软件实现方案:
仿真和实验后得到的电流波形如下:
结论:
基于TI公司数字信号处理器TMS320LF2407的矢量控制算法得以实现,实验后并对整个控制系统性能进行了分析。
仿真分析和实验结果相符合,表明了模型合理,方法有效,六相PMSM矢量控制系统能够获得很好的性能。