永磁同步電動機矢量控制系統(tǒng)的仿真研究

摘要：本文中描寫了轉(zhuǎn)子強磁場定位的面裝式永磁場同步電動機矢量基本的調(diào)控速度，作為重要的系統(tǒng)有兩種方式進(jìn)行常見的日常操作，在實驗過程中，也可用MATLAB語言中的兩種基本模塊建立了實驗中主要系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：永磁同步電動機，系統(tǒng)的矢量控制，實驗研究，仿真

前言：

伴隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，高尖端技術(shù)的不斷成熟，機器人工藝水平也在不斷的提高，機器人的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓寬，這樣對于高性能服務(wù)系統(tǒng)的機器人提出的很高的要求；作為永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)的廣泛使用，為了能使其實現(xiàn)高強度、高精準(zhǔn)度、大面積的調(diào)動使用和定位系統(tǒng)的集成控制，永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)作為主要部位，已經(jīng)成為中小型交換系統(tǒng)的重中之重。永磁同步系統(tǒng)的調(diào)控模式是通過其內(nèi)部電流操控電表參數(shù)，這樣來控制性能的輸出。同時實現(xiàn)相關(guān)的功能，另外主要應(yīng)用的仿真系統(tǒng)為了調(diào)試方便，實現(xiàn)更高的工作效率，并且更加精確的控制，現(xiàn)通過Simulink和Power System Block兩種模塊進(jìn)行仿真系統(tǒng)的說明，對仿真情況做詳細(xì)的說明研究。

1.永磁同步電動機矢量控制

1.1.永磁同步電動機矢量控制的數(shù)學(xué)建模

永磁同步系統(tǒng)是調(diào)控系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)，對于分析進(jìn)行數(shù)學(xué)建模把控速度調(diào)節(jié)起到至關(guān)重要的作用。可以在系統(tǒng)中取永磁基體刺激磁場中心軸線的轉(zhuǎn)動，分別定為d軸和p軸，將d軸旋轉(zhuǎn)90°至p角，同時要求它的空間體系坐標(biāo)系要以d軸為參考坐標(biāo)，同時建立另外一個參考坐標(biāo)系a，在as之間用r表示角度，這樣通過理想的數(shù)學(xué)建模項目進(jìn)行情景模擬

1.2.系統(tǒng)電流調(diào)控、逆變器

作為完成控制矢量調(diào)配的主儀器，必須調(diào)整和把控好電流矢量的位相和幅度。為了能夠完成對于電流的完整控制，需要輔以逆變器的幫助，逆變器對于系統(tǒng)電流控制有著很大的作用，甚至很多情況下都起到了決定性作用，下面介紹通過控制電流達(dá)到控制電壓的電壓型逆變器的構(gòu)造；可以將上面的頻率定位到頻率、相位、振幅三個變動方向，然后通過精確的操作實現(xiàn)電流控制電壓控制器的基本值。然后通過各項操作實現(xiàn)Simulink模型對逆變器和控制器各種操作。

2.轉(zhuǎn)子永磁場調(diào)頻變速系統(tǒng)

2.1.永磁場同步系統(tǒng)確定矢量控制方向機制

在各種調(diào)速度的操作中，最為主要的是如何更好的使交流發(fā)電機瞬間產(chǎn)生高能量的力矩場是一個技術(shù)難題，因為同步電動機的系統(tǒng)中有電磁場轉(zhuǎn)動力矩影響到氣隙次床和定矢量動能的相互作用力的傳遞。在無能量的情況下轉(zhuǎn)動磁場的定位控制模式上，應(yīng)該讓x軸方向的無力矩產(chǎn)生，而在電流與交軸y軸分量的移動中，產(chǎn)生看電磁場，這樣每一個最小單元電流產(chǎn)生的能量和轉(zhuǎn)動能量值最大。而作為電流控制系統(tǒng)原理中所采用的零能量測量法，因為必須要裝有永磁型高精度材料才可達(dá)到應(yīng)有的效果，所以需要在做實驗的操作人員和指導(dǎo)人員上做到很好的把控；因為轉(zhuǎn)子正軸方向上采用位移勘測器，所以它必須確定好磁極的三維位置，而且要用同步電機進(jìn)行跟蹤定位，以實現(xiàn)在磁場中和電流場正方向的90°相交。在其他條件確定的條件下，所能得到的能量最大，所獲得的電磁、電流矢量圖成線性表示。這樣永磁同步系統(tǒng)作為電動機成為了一臺高效的直流電動機。而交流電路系統(tǒng)制成的電動機需要矢量精確的把控。

2.2.永磁同步電機矢量調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)

永磁同步電機反饋系統(tǒng)，有一種系統(tǒng)名為間接反饋系統(tǒng)，學(xué)名前反饋控制系統(tǒng)，這種類型的系統(tǒng)因為成因復(fù)雜，調(diào)控難度較大，所以成型的方式也是各種各樣；所以作者僅以MATLAB模型作為解釋這種模式。前反饋系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)的工作原理不同，所以調(diào)節(jié)方式也不同，它不需要磁場反饋，需要系統(tǒng)中參數(shù)樞紐所提供的實時反饋值進(jìn)行調(diào)節(jié)。速度和轉(zhuǎn)動力矩的疊加程度決定了速度參考值和實際輸出值；而他們的差值就是速度調(diào)節(jié)輸出值。速度調(diào)節(jié)輸出值是一個百分比調(diào)節(jié)方式。它輸出的方式實際上就是轉(zhuǎn)矩值。而在差值上在輸入調(diào)節(jié)后所得到的參數(shù)，利用適當(dāng)?shù)慕涣麟娏鬏斎耄湍艿玫絰yz軸各個坐標(biāo)系上的變換數(shù)值。在給定的電流輸出參數(shù)上，要進(jìn)行定量跟蹤，得出需要的系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩值。

2.3.永磁同步系統(tǒng)中電流反饋矢量的調(diào)節(jié)

直接型的矢量調(diào)節(jié)方式?jīng)Q定了矢量反饋調(diào)節(jié)的方式，學(xué)名反饋矢量控制。這種方式的控制調(diào)節(jié)中也同樣存在這各種各樣的組成模型。僅在數(shù)學(xué)建模上利用其中的一種方式MATLAB仿真模型進(jìn)行說明。在這種仿真模型中最為重要的部分是磁場運算機制，采用Simulink中的磁通運算器進(jìn)行控制。在永磁同步電機系統(tǒng)中進(jìn)行x軸和y軸的旋轉(zhuǎn)，得到想要的電壓數(shù)值方程，并且將檢測到的電流和電壓兩個輔數(shù)值計算到電磁參數(shù)中，也可以得到在d、q，還有在坐標(biāo)原點上的參考值，轉(zhuǎn)換為實際值的跟蹤，從而控制實際輸出的轉(zhuǎn)動力矩。

2.4.兩種控制方式中的仿真值

仿真應(yīng)用中需要用到電機參數(shù)，測量后可得到電阻值、直軸電流值、交流電感值，并且永磁兩個磁極和電阻交鏈的值對極對數(shù)進(jìn)行影響；將兩個磁場軸的參數(shù)進(jìn)行定量的、有階段的轉(zhuǎn)換，可得出仿真波形圖，其中：

2.4.1.在核心的坐標(biāo)交換系統(tǒng)中，有兩種類型的核心轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，分別是反饋型和前反饋型兩種方式；這兩種方式都可以實現(xiàn)瞬間電流交換的精確控制。都能獲得優(yōu)秀的調(diào)節(jié)功能。

2.4.2.在第一種反饋矢量系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而第二種前反饋系統(tǒng)中則比較簡單。

2.4.3.兩種反饋矢量控制系統(tǒng)都需要電樞的計算。而在工作效率不高的情況下很難計算準(zhǔn)確，所以此系統(tǒng)在低速運轉(zhuǎn)時往往結(jié)果不盡如人意。

2.4.4.因為在控制系統(tǒng)中，反饋型矢量控制系統(tǒng)需要測量電流和電壓值，而且在反饋電路中又存在比較大的磁場干擾。所以在實際中常常需要通過增加低通濾波器來提高能量值，從而提高數(shù)據(jù)的精確性，這樣系統(tǒng)才能更加的高效和精確。

2.4.5.兩種矢量控制系統(tǒng)都很依賴參數(shù)的準(zhǔn)確值。

3.結(jié)束語

隨著科技的發(fā)展，技術(shù)的提高，機器人技術(shù)不斷應(yīng)用在各種領(lǐng)域都可以看見永磁同步電機在各種關(guān)鍵的制造業(yè)部件的應(yīng)用，而其中的仿真模擬的應(yīng)用最為廣泛，在本文中列舉了兩種常見的矢量控制系統(tǒng)，進(jìn)行了模擬，而在結(jié)論中得出了應(yīng)有的數(shù)值，建立好的仿真模型為今后的實際應(yīng)用提供了廣泛的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳堅.交流電機數(shù)學(xué)模型及調(diào)速系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社.2011.

[2] 王成元.矢量控制交流伺服驅(qū)動電動機[M].北京：機械工出版社.2012.

[3] 程衛(wèi)國.MATLAB5.3應(yīng)用指南[M].北京：人民郵電出版社.2012

[4] 曾朝暉.永磁同步電機矢量控制策略研究[D].南京：東南大學(xué).2012.