无刷直流电机学习笔记7

一、内容

本期学习的主要内容是对《现代永磁同步电机控制原理及MATLAB仿真》一书37-104页中仿真部分的学习,主要包括SVPWM算法的建模与仿真、滞环电流控制的建模与仿真、基于PI调节器的PMSM矢量控制系统的建模与仿真。

二、知识点

1.SVPWM算法的建模与仿真

SVPWM 算法的理论基础是平均值等效原理,即在一个开关周期Ts内通过对基本电压矢量加以组合,使其平均值与给定电压矢量相等。如下图所示,在某个时刻,电压空间矢量Uout旋转到某个区域中,可由组成该区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合得到。
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根据平衡等效原则可得:
在这里插入图片描述其中:T4、T6、T0分别为 U4 、U6和零矢量U0(U7)的作用时间。

七段式SVPWM算法的仿真模型如下图所示,它包括了扇区N的计算,中间变量X、Y和Z的计算,T4(T1)和T6(T2)的计算以及切换时间Tcm1、Tcm2 和Tcm3的计算等仿真模型。
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具体参数设置如图3所示,Ua= 200cos100Πt, Ub= 200sin100Πt, PWM开关周TPWM(TPWM=0.0002s),直流侧电压Udc =700 V。
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其中,扇区N的计算,中间变量X、Y和Z的计算,T4/T1和T6/T2的计算以及切换时间Tcm1、Tcm2 和Tcm3的计算仿真模型如下图所示。
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仿真结果:
如下图所示,扇区 N 值为 3→1→5→4→6→2 且交替变换,与理论计算值相同;
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如下图所示,由 SVPWM 算法得到的调制披呈马鞍形,这样有利于提高 直流电陀的利用率,有效抑制谐波;
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如下图所示,得到的相电压Ua为6拍阶梯波,与实际理论值相符 ;
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如下图所示,得到的相电压Ua、Ub和Uc都为6拍阶梯波,且三个相电压相差120°,与理论值相同。
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2. 滞环电流控制的建模与仿真

在电压源逆变器中,滞环电流控制提供了一种控制瞬态电流输出的方法。其基本思想是将电流给定信号与检测到的逆变器实际输出电流信号相比较,若实际电流 值大于给定值,则通过改变逆变器的开关状态使之减小,反之增大。这样,实际电流 围绕给定电流波形作锯齿状变化,并将偏差限制在一定范围内。在实际实现中采用如下图所示的控制结构。
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根据上图所示的控制框图搭建三相PMSM的滞环电流控制仿真模型,如下图所示。
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具体参数设置如下图所示,Nref=1 000 r/min,初始时刻的负载转矩TL=3N•m,在t=0.05 s时负载转短TL=l
N • m。
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3. 基于PI调节器的PMSM矢量控制系统的建模与仿真

以内置式PMSM矢量控制系统仿真模型的搭建为例,当id=0时,其仿真模型如下图所示,其中,包括了反Park变化的计算仿真模型与SVPWM算法的仿真模型,分别如下图所示。
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转速环和电流环PI调节器如下图所示,对应的参数设置如图12所示,转速 Nref= 1000 r/min,初始时刻负载转矩 TL=0 N • m。
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仿真结果如下图所示,,在 t=0. 2 s时负载转矩TL=10N • m。
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三、总结

通过本期对FOC仿真部分中几种算法的学习,使得自己对FOC的控制机理,以及程序的模块化有了更加清晰的认识。接下来的学习,将会适当的对照着程序,将仿真与程序结合在一起,从而深入学习。

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