在Matlab/Simulink中進(jìn)行永磁同步電機(jī)流頻比I/F控制系統(tǒng)的仿真分析

前言

本章節(jié)采用流頻比I/F控制方法驅(qū)動永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)動，首先分析流頻比I/F的控制原理，然后在Matlab/Simulink中進(jìn)行永磁同步電機(jī)流頻比I/F控制系統(tǒng)的仿真分析，為后續(xù)PMSM無感啟動做鋪墊。

一、流頻比I/F控制原理

PMSM的恒壓頻比V/F控制是保持電機(jī)的電壓和頻率之比固定，即磁通為常數(shù)，既不需要轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，也不需要進(jìn)行電流采樣，是一種完全的開環(huán)控制方式。V/F控制有兩個明顯的不足：不具備負(fù)載轉(zhuǎn)矩匹配能力，轉(zhuǎn)速容易產(chǎn)生振蕩；最佳V/F曲線的整定比較困難，容易引起電機(jī)過電流。

相比于恒壓頻比V/F控制，流頻比I/F控制是一種轉(zhuǎn)速開環(huán)，電流閉環(huán)的控制方式，其無需保持電流幅值和頻率的比值恒定，可依據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩選擇合適的電流幅值。I/F控制可以直接控制定子繞組電流幅值，因此這種控制方式不會出現(xiàn)電機(jī)過電流現(xiàn)象；通過控制定子繞組電流，使電機(jī)具有較好的負(fù)載轉(zhuǎn)矩匹配能力，并且依靠“轉(zhuǎn)矩-功角自平衡”特性，電機(jī)具備較強(qiáng)的抗負(fù)載擾動能力。I/F控制框圖如下所示

二、永磁同步電機(jī)I/F控制系統(tǒng)Matlab/Simulink仿真分析

上圖為PMSM流頻比I/F整體控制框圖，為了后續(xù)算法模型生成代碼加載到底層工程進(jìn)行工程實現(xiàn)，本示例將I/F控制算法部分單獨(dú)建立模型，通過調(diào)用I/F控制算法模型進(jìn)行PMSM的流頻比I/F控制。

2.1.仿真電路分析

2.1.1 I/F控制

IF控制算法如上圖所示，Id_Ref設(shè)置為0，Iq_Set設(shè)置為電機(jī)額定電流1.2A，位置角通過如下生成：

目標(biāo)速度除以時間得到加速度。此示例加速度設(shè)置為1200/3=400，即3s的時間速度由0加速為1200。

對加速度求積分得到速度，再通過下式將速度換算為角頻率。

再通過 we=2pif 將角頻率換算為角速度。

對角速度求積分得到電角度。

將電角度減去pi/2，使給定的虛擬同步dvqv坐標(biāo)系初始位置滯后實際的基準(zhǔn)dq坐標(biāo)系90°。

通過mod函數(shù)將電角度換算到0~2*pi之間。

2.1.2 FOC電流環(huán)控制

上圖為PMSM電流閉環(huán)控制

2.1.3 輸出處理

對SVPWM控制算法的輸出波形做歸一化處理，使其落在[0,1]的范圍內(nèi)：

2.1.4 主電路

2.2 仿真結(jié)果分析

電機(jī)轉(zhuǎn)速：3s后達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速1200RPM

電機(jī)定子電流：電流幅值為設(shè)定的給定值1.2A

電機(jī)轉(zhuǎn)子位置與給定位置：兩坐標(biāo)系的初始位置差為90°

同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子電流Id、Iq：

同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子電壓：

電磁轉(zhuǎn)矩：

總結(jié)

本章節(jié)采用流頻比I/F控制方法驅(qū)動永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)動，首先分析了流頻比I/F的控制原理，然后在Matlab/Simulink中進(jìn)行了永磁同步電機(jī)流頻比I/F控制系統(tǒng)的仿真分析，為后續(xù)PMSM無感啟動奠定基礎(chǔ)。