基于PMSM的調速系統控制算法的研究

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（廣州城建開發設計院有限公司 廣東省廣州市 510000）

在實際工程運用中，調速系統工作的對象有時是變動的，有時候又是固定的。當負載為固定對象時，系統中的參數設置好后，運行狀態處于良好，則可以使用。但是當負載處于一個變量中，仍然使用之前的參數，電機很大可能會造成燒損或負載對象受到損壞；參數自整定就脫穎而出，在變量中動態系統的參數可以實現自整定。

1 在線自整定

在實際工程上由于負載對象的改變，調節好的參數就得經常派工程技術人員去調整，既耽誤人工，又耗時。為此，為了使得控制器通用性更強，需要實現參數在線自整定功能。

為此本文對電機負載擾動處理的另一種方式，可實現參數在線自整定功能。設計的永磁同步電機在線自整定控制算法框圖如圖1所示。梳理其工作原理：在PI調節的基礎上，對電流環與速度環的輸入、輸出量增加一定量的補償量，使得輸出信號能夠達到目標要求，接下來進行電機坐標系通用的變換，這里就不過多闡述，通過變換后輸入到SVPWM內，最后調節PWM的占空比，提高電機運行效率[3]。

由圖1可以看出，本文研究的算法，最終目標是將擾動量作為補償量，補償到系統中，使得系統輸出的轉矩穩定。首先對速度環與電流環的輸出值均通過比較，對比較得到的誤差通過PI調節器進行改善；然后在改善的過程中，一方面對PI參數進行在線修訂，另一方面通過調節輸出值與補償量之間的關系，最后使輸出值接近實際值。在整個調節中，有一些細節需要注意，例如經過PI調節后的輸出，必須在輸出端增加積分飽和限值，其目的是為了使PWM作用時，能夠有依據；同時在采集對流信號時，使用霍爾元件或者三電阻法；在對電機位置進行最終的過程中，采用目前使用比較多的光學元件，例如光電編碼器；為了對位置環上的q軸電流進行跟蹤，采取觀察器的方式。

圖1：永磁同步電機在線自整定控制算法框圖

2 自整定模型的仿真

對永磁同步電機在線自整定控制算法進行搭建模型和仿真，模型改進后如圖2所示。

圖2：在線自整定控制算法搭建的仿真模型

由圖2，在整個調速系統仿真模型中可以看出，負載對象的固定或改變，直接影響到擾動量Δ，當負載對象固定時，擾動量反饋給前端補償量將為零；當負載對象為一個變量時，擾動量將會對前端的輸入、輸出量進行相應的補償，最終使系統性能穩定、良好。

在具體設計電機控制系統[4]的時候，要考慮兩個性能要求：一個是對于電機靜態和瞬態響應的問題，對于靜態時，就不考慮了，重點是在系統處于瞬態響應時，電機的曲線應穩定平滑；第二個是對于誤差量而言，理論上是越小越好，但是在實際工程中，根據使用的場所，來決定系統的穩定性與精度等，也就是要調整響應參數。對于動態和靜態的誤差，換句話也就是讓系統具有良好的位置控制。

3 仿真結果與分析

永磁同步電機在線自整定控制算法采用連續仿真，給定轉速為1500r/min。負載轉矩TL在0.1秒由0N·m突變為1.2N·m。仿真結果如圖3、4和5所示。

圖4：永磁同步電機在線自整定控制算法的轉矩響應曲線

圖5：永磁同步電機在線自整定控制算法的d軸電流響應曲線

分析仿真實驗圖，圖3、4和5來自仿真系統，在系統處于不同狀態時的結果。從曲線上來看，都屬于非常良好的曲線。圖3為電機轉速，圖4為電機的電磁轉矩Te，圖5為電機的id上的電流。在電機啟動后，關鍵的因素是響應、超調；穩定運行時，模擬負載對象突然發生變化，檢測系統的響應、超調，從圖3可以看出，系統響應快、超調小。一個系統在負載對象突然發生變化時，是否能夠繼續工作，同時又不損壞電機以及負載對象的情況下，檢測電機轉速上升的過程，看多久可達到最大的轉矩，在此過程當中，在瞬態與靜態時，電機的出力都要滿足性能，從圖4可以看出，系統不僅低功耗、節能，還能在負載發生變化時，自整定參數調整。圖5可以看出，電機在整個運行過程中，d軸上的值在很小的范圍內變動，不管對象是固定的還是處在突然變動的時候。

通過以上分析，電機的轉速曲線加速時間依然沒有變，還是很快，表明系統的響應快。在響應快的同時，轉速的超調量非常的小，幾乎達到了理想的效果。在負載突然變大的時，電機的轉速也非常的平穩，幾乎無超調。

4 結束語

本文提出一種在線自整定控制算法，通過搭建模型，仿真，分析仿真結果，得出在線參數自整定的方法。在矢量控制系統的基礎上，對電流環、速度環采取一定的補償，使得輸出量能夠滿足性能。