隱極式pmsm無電流傳感器調(diào)速控制系統(tǒng)研究
韓利，劉春燕，何震球
（北京和利時電機技術(shù)有限公司，北京100192）
摘要：隱極式永磁同步電機采用正弦波電流控制方案實現(xiàn)速度閉環(huán)控制時，一般采用直軸電流指令等于零的控制方法，通過控制交軸電流來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的控制，因此需要電流測量傳感器，調(diào)理電路以及ad轉(zhuǎn)換器，增加了驅(qū)動控制系統(tǒng)的硬件成本。該文從隱極式永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，提出了直軸電壓指令值等于零的新型控制策略，該控稍策略可以實現(xiàn)隱極式永磁同步電機的速度環(huán)無電流傳感器矢量控制，并在基于tms320f2808 dsp的電機驅(qū)動控制系統(tǒng)中得到了實驗驗證和應(yīng)用。使用結(jié)果表明，應(yīng)用該控制策略的隱極式永磁
同步電機速度環(huán)控制具有運行平穩(wěn)，電流噪聲小，系統(tǒng)實現(xiàn)成本低等優(yōu)點。
關(guān)鍵詞：隱極式；永磁同步電機；無電流傳感器；調(diào)速控制；矢量控制
中圖分類號：tm341; tm51 文獻標(biāo)志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)07-0036-04
o引 言
隨著稀土永磁材料、電力電子技術(shù)以及電機控制理論等的快速發(fā)展，永磁同步電機( pmsm)以其高轉(zhuǎn)矩／屢性比、高功率密度、高效率、牢固性和維修性好等優(yōu)點，在紡織、化纖、數(shù)控機床、工業(yè)機器人以及航空航天等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。
根據(jù)永磁同步電機的結(jié)構(gòu)不同，永磁同步電機分為凸極式和隱極式兩種。在工業(yè)應(yīng)用場合，大部分的永磁同步電機為隱極式電機。當(dāng)采用正弦波電流控制方案實現(xiàn)速度控制時，其控制策略一般采用直軸電流指今等于零的控制方法，通過控制交軸電流來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的控制。這種控制方法首先用速度調(diào)節(jié)控制器得到交軸電流指令，交直軸電流再通過電流調(diào)節(jié)控制器實現(xiàn)電流閉環(huán)[2.3]。總之，這種控制策略一定是需要電機電流測量反饋，也即需要相應(yīng)的電流傳感器，調(diào)理電路以及ad轉(zhuǎn)換器，并因此增加了驅(qū)動控制系統(tǒng)的硬件成本。
本文從隱極式永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，提出了一種新型的基于直軸電壓指令值等于零的控制策略。該控制策略可以實現(xiàn)隱極式永磁同步電機的速度環(huán)無電流傳感器矢量控制。該控制策略已在基于tms320f2808的32位dsp電機驅(qū)動控制系統(tǒng)中得到了驗證和應(yīng)用。使用結(jié)果表明，應(yīng)用該控制策略的隱極式永磁同步電機速度環(huán)控制具有運行平穩(wěn)，電流噪聲小，系統(tǒng)實現(xiàn)成本低等優(yōu)點。
1隱極式pmsm數(shù)學(xué)模型
假設(shè)電動機是線性的，參數(shù)不隨溫度等變化，忽略磁滯、渦流損耗，轉(zhuǎn)子無阻尼繞組，則基于轉(zhuǎn)子磁場定向坐標(biāo)系（d-q軸）中，永磁同步電動機的數(shù)學(xué)模型為：
式中，ψd，ψq分別為定子d-q軸磁鏈分量；id、，iq為定子d-q軸電流分量；ld，lq分別為d-q軸電感，ψm為永磁體磁鏈；ud，uq為定子d-q軸電壓分量；r為電機定子電阻；w為電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；pm為電機極對數(shù)。
對于隱極式永磁同步電機，ld=lq=l，磁鏈方5程和轉(zhuǎn)矩方程分別簡化為：
2直軸電壓指令值為零的控制策略研究
在永磁同步電機正弦穩(wěn)態(tài)運行時，在靜止坐標(biāo)系上，三相繞組電流可以表示為：
其中，a為電流幅值。
clarke坐標(biāo)變換將靜止坐標(biāo)系上三相繞組電流坐標(biāo)變換至h兩相坐標(biāo)系α一β上：
park坐標(biāo)變換將兩相靜止坐標(biāo)系上繞組電流變換到d-q同步坐標(biāo)系上：
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