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永磁同步電機調(diào)速設計研究
摘 要：在用電系統(tǒng)中，電動機作為主要的動力設備應用非常廣泛。電動機的主要特性則是調(diào)速性能，它對提高產(chǎn)品質量、提高勞動生產(chǎn)率和節(jié)約電能起著決定性的作用。永磁同步電動機(PMSM)是一種性能優(yōu)越、應用前景廣闊的電機。它憑借具有的低速高轉矩慣量比、高能量密度和高效率等優(yōu)異性能和結構簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高的特點，使得其在中小容量范圍內(nèi)備受關注并獲得廣泛應用，尤其是在高控制精度和高可靠性要求的場合，如航空、航天、數(shù)控機床、加工中心、機器人等領域
關鍵詞：電機調(diào)速;永磁同步電機;無速度傳感器;
1.永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)的控制驅動方法
1.1 電流PWM控制法
(l)滯環(huán)電流法
滯環(huán)電流PWM控制是常用一種的電流閉環(huán)控制方法，它響應速度快、魯棒性能好、無穩(wěn)定性問題等。方法是將給定電流愉與輸出電流ia進行比較，電流偏差△j超過h時，滯環(huán)控制器控制逆變器上橋臂的功率器件動作，通過調(diào)整使實際電流與指令電流的偏差始終保持在h內(nèi)，從而保證實際電流值準確跟蹤指令電流值。如圖1所示。
(2)三角波比較法
三角波比較PWM控制法也是一種瞬時的逆變器驅動控制方法，控制起來
比較簡單，具體控制過程如圖2所示。
2.無速度傳感器的速度估算方法及數(shù)學模型
2.1 速度估算方法
為提高交流電動機的調(diào)速特性，必須采用速度閉環(huán)控制。速度閉環(huán)的加入改善了電機的動態(tài)性能，但是在傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)中采用安裝速度傳感器、測速發(fā)電機或增量式光電編碼器來獲取反饋速度的方法不但增加了成本，同時機械上的誤差還會影響檢測精度和控制性能降低可靠性，所以就需要用無速度傳感的速度估算方法來取代速度傳感器完成閉環(huán)控制。速度估算的基本出發(fā)點是從易于檢測的電機定子電流、電壓入手，通過電機本身固有的動態(tài)方程推導出電機轉速。
2.2 數(shù)學模型
模型參考自適應法(MRAS)是一種比較常用的估算速度的方法。它的基本思路是將含有待估計參數(shù)的方程作為可調(diào)模型，將不含未知參數(shù)的方程作為參考模型，兩個模型具有相同物理意義的輸出量。兩個模型同時工作，并利用其輸出量的差值根據(jù)合適的自適應率來實時調(diào)節(jié)可調(diào)模型的參數(shù)，以達到控制對象的輸出跟蹤參考模型的目的。
永磁同步電機在d-q坐標系下的數(shù)學模型為：
3.無速度傳感器的永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)的硬件設計
設計用到的控制核心采用的是TI公司的 DSPTMS320F2812，它是一款在28x內(nèi)核的基礎上擴展了相應存儲、專門為電機控制而優(yōu)化設計的32位高性能定點DSP芯片，其中含有豐富的片上存儲以及大量用于工控場合的信號輸入輸出資源。它采用了改進型的哈佛總線結構，具有16x16位的雙通道MAC(乘累加運算)，可以順利地進行16x16位和32x32位的MAC操作，指令執(zhí)行速度可達150MIPS，能夠實時處理高性能使復雜控制算法，快速響應中斷及中斷處理而不需占用CPU時間，為無速度傳感器調(diào)速系統(tǒng)奠定了可靠的硬件基礎。整個調(diào)速系統(tǒng)的硬件結構如圖3所示。
4.總結
無速度傳感器技術是近年來，特別是近十年來發(fā)展比較快的一門技術，究其原因主要是由于無速度傳感器的控制系統(tǒng)無需檢測硬件，免去了速度傳感器帶來的種種麻煩，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)的成本。同時，它又減少了電機與控制器的連線，精簡了系統(tǒng)體積，減輕了系統(tǒng)的重量，使得采用無速度傳感器的異步電機的調(diào)速系統(tǒng)在工程中的應用更加廣泛。
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