精华内容
下载资源
问答
  • 矢量控制

    千次阅读 2009-11-19 20:27:00
    上世纪70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量,根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩...

        由于异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。上世纪70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。矢量控制实现的基本原理通过测量和控制异步电动机定子电流矢量,根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流转矩电流进行控制,从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制,并同时控制两分量间的幅值和相位,即控制定子电流矢量,所以称这种控制方式称为矢量控制方式。简单的说,矢量控制就是将磁链与转矩解耦,有利于分别设计两者的调节器,以实现对交流电机的高性能调速。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制,因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。矢量控制算法已被广泛地应用在siemensABGEFuji等国际化大公司变频器上。

      采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配,而且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数,有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数,有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器。鉴于电机参数有可能发生变化,会影响变频器对电机的控制性能,目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能,带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识,并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数,从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。

      以异步电动机的矢量控制为例:

      它首先通过电机的等效电路来得出一些磁链方程,包括定子磁链,气隙磁链,转子磁链,其中气息磁链是连接定子和转子的.一般的感应电机转子电流不易测量,所以通过气息来中转,把它变成定子电流.

      然后,有一些坐标变换,首先通过3/2变换,变成静止的d-q坐标,然后通过前面的磁链方程产生的单位矢量来得到旋转坐标下的类似于直流机的转矩电流分量和磁场电流分量,这样就实现了解耦控制,加快了系统的响应速度.

      最后再经过2/3变换,产生三相交流电去控制电机,这样就获得了良好的性能.

      矢量控制(VC)方式:

      矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流IaIbIc、通过三相-二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流IaIb,再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流ImItIm相当于直流电动机的励磁电流;It相当于与转矩成正比的电枢电流),然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度,磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链,然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变换,实现正交或解耦控制。

      综合以上:矢量控制无非就四个知识:等效电路、磁链方程、转矩方程、坐标变换(包括静止和旋转)

    矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中,由于转子磁链难以准确观测,系统特性受电动机参数的影响较大,且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂,使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。

    三种矢量控制方式简介:

    1)基于转差频率控制的矢量控制方式同样是在进行U / f =恒定控制的基础上,通过检测异步电动机的实际速度n,并得到对应的控制频率f,然后根据希望得到的转矩,分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位,对通用变频器的输出频率f进行控制的。基于转差频率控制的矢量控制方式的最大特点是,可以消除动态过程中转矩电流的波动,从而提高了通用变频器的动态性能。早期的矢量控制通用变频器基本上都是采用的基于转差频率控制的矢量控制方式。

    2)无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场定向控制理论发展而来的。实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机内安装磁通检测装置,要在异步电动机内安装磁通检测装置是很困难的,但人们发现,即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置,也可以在通用变频器内部得到与磁通相应的量,并由此得到了所谓的无速度传感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数,按照一定的关系式分别对作为基本控制量的励磁电流(或者磁通)和转矩电流进行检测,并通过控制电动机定子绕组上的电压的频率使励磁电流(或者磁通)和转矩电流的指令值和检测值达到一致,并输出转矩,从而实现矢量控制。

    采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配,而且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数,有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数,有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器,并需使用厂商指定的变频器专用电动机进行控制,否则难以达到理想的控制效果。目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动辨识、自适应功能,带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识,并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数,从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。除了上述的无传感器矢量控制和转矩矢量控制等,可提高异步电动机转矩控制性能的技术外,目前的新技术还包括异步电动机控制常数的调节及与机械系统匹配的适应性控制等,以提高异步电动机应用性能的技术。为了防止异步电动机转速偏差以及在低速区域获得较理想的平滑转速,应用大规模集成电路并采用专用数字式自动电压调整(AVR)控制技术的控制方式,已实用化并取得良好的效果。

    展开全文
  • 永磁同步电机矢量控制(一)——数学模型

    万次阅读 多人点赞 2019-05-17 09:51:21
    导师研究的课题是永磁同步电机的控制,首先给我安排的任务就是将其矢量控制系统仿真搭建出来。本文记录矢量控制系统学习过程。因为是初学我的理解可能不够,其中每个内容的出处都会在文章内标注出来,大家可以参考...

    注:
    1:此为永磁同步控制系列文章之一,应大家的要求,关于永磁同步矢量控制的系列文章已经在主页置顶,大家可以直接去主页里面查阅,希望能给大家带来帮助,谢谢。
    2:矢量控制的六篇文章后。弱磁、MTPA、位置控制系列讲解已经补充,也放在主页了,请大家查阅。
    3: 恰饭一下,也做了一套较为详细教程放在置顶了,内含基本双闭环、MTPA、弱磁、三闭环、模糊PI等基本控制优化策略,也将滑模,MRAS等无速度控制课题整理完成,请大家查看_

    导师研究的课题是永磁同步电机的控制,首先给我安排的任务就是将其矢量控制系统仿真搭建出来。本文记录矢量控制系统学习过程。因为是初学我的理解可能不够,其中每个内容的出处都会在文章内标注出来,大家可以参考原文原著。

    1、永磁同步电机的数学模型 (参考于解小刚、陈进采用Id=0永磁同步电机矢量控制文章)
    永磁同步电机是一个非线性系统,具有多变量、强耦合的特点。我们对其分析的时候有以下假设:

    • 忽略铁芯饱和,不计涡流和磁滞损耗

    • 忽略换相过程中的电枢反应

    • 转子上无阻尼绕组,永磁体无阻尼作用

    • 永磁体产生的磁场和三相绕组产生的感应磁场呈正弦分布

    • 定子绕组电流在气隙中只产生正弦分布的磁势,无高次谐波

    • 按照电动机应用建模
      在此理想条件下:
      1.1 永磁同步电机在三相静止坐标系下定子电压方程:(下图有误,定子磁链要求个导)
      这里写图片描述
      式中Rs为电枢电阻,ψa ψb ψc分别为abc三相磁链,ia ib ic 分别为其 abc三相的相电流。
      1.2 三相静止坐标系下磁链方程
      这里写图片描述
      其中Laa、Lbb、Lcc为各相绕组自感,且Laa=Lbb=Lcc,式中Mab等为绕组之间互感且均相等。ψf是永磁体磁链,θ为转子N极和a相轴线之间的夹角。
      经过CLARK和PARK左边变换后,得到其在dq坐标系下的数学模型:
      1.3 dq坐标系下电压方程
      这里写图片描述
      其中ud、uq为dq轴电压,id、iq为dq轴电流,ψd、ψq为dq轴磁链,Ld、Lq为dq轴电感,we为转速。
      1.4 dq坐标系下磁链方程
      这里写图片描述
      1.5 转矩方程
      在这里插入图片描述
      从上1.5中转矩方程可以看出,电磁转矩由两个部分组成,第一项是永磁体和定子绕组磁链之间相互作用产生,第二项则是由磁阻变化而产生的。这里我们需要区分一下凸极和隐极电机的区别,隐极电机由于Lq=Ld,所以磁阻变化转矩是凸极电机特有的,我们在搭建仿真的时候也需要注意这的电机类型。

      小结:
      永磁同步电机的数学模型解释了其内部构成,有助于我们设计控制策略,我们进行坐标变换和PI参数整定时都需要对其数学模型进行分析,很重要,很重要,很重要,说三遍!!!

    整理不易,希望大家帮忙点个赞呀,谢谢啦~_

    后续文章链接:

    永磁同步电机矢量控制到无速度传感器控制学习教程(PMSM)
    永磁同步电机矢量控制(二)——控制原理与坐标变换推导
    永磁同步电机矢量控制(三)——电流环转速环 PI 参数整定
    永磁同步电机矢量控制(四)——simulink仿真搭建
    永磁同步电机矢量控制(五)——波形记录及其分析
    永磁同步电机矢量控制(六)——MTPA最大转矩电流比控制
    永磁同步电机矢量控制(七)——基于id=0的矢量控制的动态解耦策略
    永磁同步电机矢量控制(八)——弱磁控制(超前角弱磁)
    永磁同步电机矢量控制(九)——三闭环位置控制系统
    永磁同步电机矢量控制(十)——PMSM最优效率(最小损耗)控制策略

    展开全文
  • 一个阶段的学习结束了,整理了之前的过程中的学习成果,已经过了工作的年纪,在这里稍微出一下自己做的一套永磁同步电机的教程,从基础的矢量控制,到应用性较强的MTPA、弱磁控制等,最后深入到无速度传感器的控制,...

    一个阶段的学习结束了,整理了之前的过程中的学习成果,已经过了工作的年纪,在这里稍微出一下自己做的一套永磁同步电机的教程,从基础的矢量控制,到应用性较强的MTPA、弱磁控制等,最后深入到无速度传感器的控制,搜集了三种无速度的方法,足够大家从基础到深入整个过程的学习。

    相信学过电机控制的同学深有体会,电机控制是一个先难后易的专业类别。为了解决电机控制入门难的问题,我将自己从一知半解到现在的学习记录整理成如下七个部分学习教程。每个部分以相对应功能的Simulink仿真模型为核心,尽可能详细对过程中很小的但容易卡住的问题进行解释,作辅助理解文档方便大家进行学习。每个部分资料全都基于一个电机参数,是一个系统的学习教程,我有信心大家拿到这份教程,认真学习,一定能够走进电机控制的大门,并且掌握它。

    注:资料仅供个人学习使用,请勿另作其他用途。

    主要为目录如下:

    1. 第一部分:(基础入门一)              PMSM双闭环矢量控制仿真实现及其调参详解
    2. 第二部分:(基础入门二)              基于模糊PI调节器的PMSM双闭矢量控制
    3. 第三部分:(进阶提升一)              三闭环位置控制详解
    4. 第四部分:(进阶提升二)              MTPA控制专题详解
    5. 第五部分:(进阶提升三)              MTPA+弱磁 控制多方法实现详解专题
    6. 第六部分:(提高:理论综合实验)模糊PI+MTPA+弱磁 控制多方法实现详解专题
    7. 第七部分:(实践:芯片编程)       基于DSP28335的三闭环位置控制

            每个部分资料,详细介绍~其中第一部分:PMSM双闭环矢量控制仿真实现及其调参详解适合作为基础入门,对整个控制框架作一个基础的了解,对坐标变换、PI调节器、SVPWM模块等模块有一个基础的理解,此部分应深入的探究,对后续的每个部分理解都有直接帮助,是后面所有部分的基础。  第二部分:基于模糊PI调节器的PMSM双闭矢量控制是在基础双闭环矢量控制优化了控制器,优化传统PI性能,有助于大家深入理解控制器在系统中的作用第三部分:  三闭环位置控制详解更改了控制目标,双闭环控制的速度,三闭环控制的位置,有助于大家学会如何通过手段实现目标的控制,后续无论实现转矩控制还是磁链控制都是同理。第四部分:MTPA控制专题详解优化了系统效率,通过推导系统中电流和转矩的关系,选择最小的电流输出提升系统效率,有助于理解系统各物理量之间蕴涵的关系第五部分:MTPA+弱磁 控制多方法实现详解专题扩展了系统应用范围,将电机从额定转速应用范围,扩展到3~5倍转速范围应用,大大提升了系统的应用范围。第六部分:MTPA+弱磁 控制多方法实现详解专题就是将上述所有的过程结合起来进行一个综合应用,单个模块搭建相对容易,但是当多个功能共同实现时难度要大很多,这个部分有助于大家学会如何调试整个系统,统一调节管理各个模块之间协同工作,这是有实际意义的,基础掌握扎实后,做的最多的其实就是这个工作。第七部分:(实践:芯片编程)就是从理论到实际电机的实现过程了,将仿真中的模型,转化为代码在平台上跑出来,这是找工作或是学习理论的最终目标了。

    第一部分:PMSM 双闭环控制系统仿真实现与调参详解

    另外一些是对于初学者的,对于基础入门的FOC有点困难的同学,这部分由于之间给学弟补过课,所以写的比较的详细,有具体的调试过程和参数计算公式,以及一些我手写的推导过程,书籍推荐资料等。文档内公式和VISO图什么的都比较完全,可以直接复制粘贴到论文和演讲PPT中,对于做课程设计和毕设的同学而言是比较好的资料。

    第二部分:基于模糊PI调节器的PMSM双闭环控制实现与分析详解(双闭环SVPWM的优化)

    此部分是在基础的双闭环控制的基础上进行的深入研究,有可能对于一些同学或者学校来说,只是纯粹的双闭环还无法满足老师的要求,增加模糊PI调节器,这种自整定调节器,不仅能够有效解决双闭环控制中定PI参数调节器在高速和低速的不通用问题,还能提高理论的深度和广度,模糊PI调节器是一个非常值得深入研究的智能控制方式,有需要的同学或者只是想讨论的都可以加我。

    第三部分:矢量控制提升——三闭环位置控制详解

    此部分是对一种不同控制目标的控制策略——三闭环位置控制进行专题详解。

    文档具备以下内容:

    1. 三闭环位置控制仿真搭建过程 + 三闭环位置控制仿真
    2. 位置控制原理推导及其解释
    3. 重点:位置环+转速环+电流环PI调节器设计与调试过程
    4. 波形记录及其分析
    5. 参考论文
    6. 三闭环提升:加入前馈控制器仿真+搭建过程

    文档主要介绍了三闭环位置控制具体的实现过程,详细介绍了三闭环位置控制的基本原理及其与双闭环之间的不同之处。在公式推导与双闭环的基础上,详细介绍了三闭环位置控制在simulink内的搭建过程。本文档除了以上内容,最重要的是详细介绍了三个环也就是三个调节器的理论设计及其调试过程,我相信搭建过的同学知道,这是一个复杂的过程,需要一些调参的经验和时间,所以三环的每个环我都把理论设计和调参过程以单独的文档记录下来,以供同学们能够了解其中来由,而不是一个仿真。最终对三闭环也进行了一个提升,加入了前馈控制器。具体如下图

    第四部分:矢量控制提升——MTPA控制专题详解

    此部分是对基于id=0的双闭环矢量控制的一种优化提升的控制策略——MTPA控制的专题详解。

    文档具备以下内容:

    1. MTPA控制仿真搭建过程+MTPA+对比的id=0仿真
    2. MTPA公式推导+原理解释
    3. PI调节器设计与调节过程
    4. 参考论文
    5. 波形记录及其详细分析(对比分析MTPA效果)

    文档主要以双闭环为基础介绍了一种对于凸极性电机而言更加优越的控制策略——MTPA控制,详细的介绍了MTPA控制的基本原理和公式推导过程,在公式推导的基础上,以独立的文档讲解MTPA控制器在simulink内的搭建实现过程。另外关键的PI调节器的参数,也以一个专门的文档记录其理论设计过程,与根据波形现象调节参数的过程,可以有助于大家深入理解理论的同时,能够结合仿真模型的结果进行调参。最后波形的分析,着重分析MTPA与id=0的效果对比,从现象阐述为什么MTPA可以实现电流利用率提升的问题。

    第五部分:MTPA+弱磁 控制多方法实现详解专题

    此部分将MTPA和弱磁控制结合,在基础MTPA控制的基础上,实现了直接计算法(公式法)和变交轴电压单电流调节器弱磁控制方法,从基础的超前角弱磁——公式法——变交轴电压单电流调节器法逐步深入,且在实现弱磁的基础上,持续优化系统的动态性能,其中变交轴单电流调节器法动态性能最为优越。

    第六部分:基于模糊PI调节器的永磁同步电机MTPA+弱磁控制实现与分析详解

    此部分相当于时上面双闭环控制、MTPA、弱磁控制和模糊PI的综合设计。如果只是单个实现一个功能其实是相对简单的,如果想要将这些东西全结合在一起,需要同学们具备比较深厚的基础,如果老师上来就让你做这个,可能就无从下手,所以我也在此把这些内容整合在了一起,我做出来了之后也是非常值得庆祝了一番,对此方面有兴趣的可以找我探讨。

    第七部分:基于DSP28335的三闭环位置控制程序

    第二部分是一个基于DSP28335的位置控制三闭环控制程序,且已在实际平台上验证了可行性。程序内部注释较多,CLAKR变换模块、PARK变换模块、SVPWM模块、转速调节器PI、位置调节器PI和电流环PI调节器,都有独立的算法模块。即使芯片不是DSP28335,里面的算法都是源码,移植起来比较方便

     

    上述内容主要针对有感控制进行解释,下面内容主要针对无感控制。

    永磁同步电机矢量控制到无速度传感器控制学习教程(PMSM)(二)

    基础控制策略学习完成后,下来就是深入到无速度传感器的控制,在此搜集了三种无速度的方法,分为滑模法、模型参考自适应法、脉振高频注入法,此三种方法涵盖了永磁同步电机高速区和低速区的无感控制策略,足够大家从基础到深入对无感控制整个过程的学习。

    主要为以下顺序:

    1. 第八部分:简略的双闭环矢量到无速度传感器控制教程
    2. 第九部分:无速度传感器控制——模型参考自适应控制实现与详解
    3. 第十部分:无位置传感器控制——滑模观测器无位置控制详解
    4. 第十一部分:无速度传感器控制——脉振高频注入(低速)

    教程详细介绍如下,

    第八部分:简略的双闭环矢量到无速度传感器控制教程

    这个部分的教程呢其实对有一定基础的同学较为适合,解释和辅助文档较少,但是仿真较多,参考论文较多。每个部分仿真都是我验证过的,如果有需要基础知识框架的同学以这个文档进行学习,需要对电机控制世界有个宏观体会,这个其实也是较为方便,不需要入手那么多复杂的。

    总的来说,仿真的分为两类,

    • 第一类,id=0矢量控制,基于矢量控制的MTPA,基于矢量控制的弱磁控制,基于矢量控制的三闭环控制。
    • 第二类,无速度传感器,滑膜控制,模型参考自适应控制,高频注入控制。

     

    第九部分:无速度传感器控制——模型参考自适应控制实现与分享详解

    在基础的控制理论得到夯实之后,可以试着进军无速度控制领域,对于无速度控制,模型参考自适应是一个非常好的入门方法,可以让你对如何实现无速度传感器控制的概念有一个基本的了解,所以我做了一个模型参考自适应详解供大家打基础。需要深入探究无速度控制的同学建议以此方法入门,然后深入了解其他方法,进军低速域高速域。基于数学模型的注入法,基于现代控制理论的各种观测器法都是解决无速度问题的深层次控制理论,希望大家加油,我也在往这方面努力。

    最近准备把之前未整理出来的专题补上。拿到资料的同志们对我提出了非常宝贵的建议,大家都会想要从初始开始到结果,系统且完整的掌握知识,因此对自己的资料进行了一些偏向性的更改,对原理推导过程以及仿真搭建过程更详细的阐述。资料还在逐步的扩展中,还请大家多加支持,多加指正,我还会继续更新,感谢大家!!!

    第十部分:无位置传感器控制——滑模观测器无位置控制详解

    此部分是对一种基础的无位置传感器控制方法——滑模观测器(SMO)专题进行讲解。

    文档内具备以下内容:

    1. 滑模观测器仿真搭建过程+SMO仿真
    2. 滑模观测器公式原理推导解释(手写)
    3. 滑模参数与双闭环PI参数设计与调节过程
    4. 参考论文
    5. 电机基本参数说明
    6. 波形记录及其简要分析

    文档内较为详细的介绍了滑模观测器的数学原理,以及滑模观测器模块的仿真搭建过程,这个过程以一个文档的形式单独记录下来。另外关键的PI调节器与滑模观测器的参数,也以一个专门的文档记录其理论设计过程,与根据波形现象调节参数的过程,可以有助于大家深入理解理论的同时,能够结合仿真模型的结果进行调参,深入的理解整个系统各个物理量之间的内在联系。另外,将滑模观测器封装为mask模块,可以在换个电机时,外部更改即可。

    第十一部分:低速无速度传感器控制——脉振高频注入

    脉振高频电压注入法是指在估计的同步旋转坐标系的直轴上(也就是d轴)注入高频正弦电压,所以注入信号在静止坐标系中是一个脉振的高频电压信号。注入后,对交轴高频电流进行调制解调,得到转子位置和速度信息。

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    展开全文
  • 矢量控制框图如下图所示: 矢量控制的原理是在永磁同步电机上设法模拟直流电动机的转矩控制规律,经过坐标变换,使其电流矢量分解为产生磁通的电流分量和产生转矩的电流分量,两个分量互相垂直,相互独立。...

    注:
    1:此为永磁同步控制系列文章之一,应大家的要求,关于永磁同步矢量控制的系列文章已经在主页置顶,大家可以直接去主页里面查阅,希望能给大家带来帮助,谢谢。
    2:矢量控制的六篇文章后。弱磁、MTPA、位置控制系列讲解已经补充,也放在主页了,请大家查阅。
    3: 恰饭一下,也做了一套较为详细教程放在置顶了,内含基本双闭环、MTPA、弱磁、三闭环、模糊PI等基本控制优化策略,也将滑模,MRAS等无速度控制课题整理完成,请大家查看_

    2 永磁同步电机控制原理
    2.1 从PMSM电机的数学模型出发。
    dq 轴 电压方程:
    这里写图片描述
    dq 轴 轴磁链方程:
    在这里插入图片描述
    dq 轴 转矩方程:
    在这里插入图片描述
    dq 轴 运动方程:
    这里写图片描述

    分析上述方程,如果我们能够控制 id=0
    那么电压方程就可简化为:
    这里写图片描述
    转矩方程为:
    在这里插入图片描述
    运动方程为:
    这里写图片描述
    以上式中:ψf 是永磁体磁链,R 和 L 是定子绕组的电阻电感,we 是电机电角速度
    ,wm 是电机的机械角速度,p 为极对数,kt 是转矩常数,J 为转动惯量,B 为摩擦系数,Tl 是负载系数。

    从以上方程可以看出,仅控制 iq 我们就可以控制转矩的大小,d轴电压也仅与 iq有关,这样极有益于我们的控制。
    并且,当 id=0 时,相当于一台典型的他励直流电动机,定子只有交轴分量,且定子磁动势的空间矢量正好和永磁体磁场空间矢量正交。所以为了减少损耗,完全可以将id=0,降低铜耗。
    矢量控制框图如下图所示:
    这里写图片描述

    小结:
    矢量控制的原理是在永磁同步电机上设法模拟直流电动机的转矩控制规律,经过坐标变换,使其电流矢量分解为产生磁通的电流分量和产生转矩的电流分量,两个分量互相垂直,相互独立。这样就可以对它们进行单独调节,与直流电动机的双闭环控制系统类似。(双闭环控制系统在陈伯时电力拖动控制书2.4章节有详细的介绍,大家可以回顾一下。)

    2.2 坐标变换*(参考于陈伯时电力拖动自动控制系统6.6.3章节)*
    2.2.1 进行坐标变换的原因

    • 永磁同步电机中,定子磁势Fs、转子磁势Fr、气隙磁势之间的夹角都不是90°,耦合性强,根本无法对磁场和电磁转矩进行独立控制
    • 直流电机励磁磁场垂直于电枢磁势,二者各自独立,互不影响
    • 直流电机控制策略多种多样,能够使其应对不同场合

    所以将永磁同步电机的数学模型分析后,进行坐标变换将其模拟为直流电机进行控制,会很大程度上提高电机可控性和运行效率。

    2.2.2 坐标变换基本思路**
    *

    不同电机模型等效的原则:在不同坐标系所产生的磁动势完全一致。

    这里写图片描述

    如上图中a中,电机通入三相平衡的正弦电流时,所产生的合成磁动势是旋转磁动势,它在空间上是呈正弦分布的,以同步转速w1顺着A-B-C的顺序进行旋转。而旋转磁动势,并不是只有三相绕组才可以产生,通入平衡的多相电流都可以产生想要的旋转电磁场,其中两相的最为简便。只需要通入时间上互查90°的平衡交流电就可以产生旋转磁场。如果控制a中和b中的旋转磁动势的大小和转速都相同,那么即可认为二者等效。
    在看c图,两个相互垂直的绕组M和T,其中通以电流im和it,产生合成磁动势F,显然这个磁动势相对于M和T绕组是固定的,这个时候如果人为的将两个绕组在内的整个铁芯按照以上同步转速旋转,那么即可以产生跟三相绕组等效的旋转磁场。如果假设有人站在这个铁芯上看,这个电机的模型就完全与直流电机等效了。
    磁动势的等效也就代表着电流的等效,iA/iB/iB 、ia/ib 和 im/it等效,他们三者能产生相同的磁动势,现在最重要的任务就是找到 以上三组电流之间准确的等效关系。

    2.3 3相静止-两相静止变换——3/2变换

    物理基础:各相磁动势=有效匝数 * 电流大小

    这里写图片描述
    如上图所示,为方便起见,将A相与a相重合,ABC为三相静止磁动势矢量图,ab为两相静止磁动势矢量图。
    当两者磁动势相等时,两套绕组瞬时磁动势在ab轴上的投影相等。
    即有以下关系式:
    这里写图片描述

    由陈伯时书籍附录4所证明,变换前后功率不变时,三相和两相的匝数比为

    这里写图片描述
    结合以上二式可得变换矩阵为:
    这里写图片描述
    若三相绕组是Y形联结不带零线,那么ia+ib+ic=0,代入上式可得变换矩阵:
    这里写图片描述

    2.4 两相静止-两相旋转变换——2s/2r变换

    这里写图片描述
    如上图所示,ab 为两相静止坐标系,MT 为两相旋转坐标系;
    MT坐标系以同步转速 w1 旋转,且 it 和 im 的长度不变(由于匝数相等约去)。
    而 ab 坐标系是静止不动的,a轴和M轴之间的夹角ψ随着时间而改变,
    由此可推算,要使二者磁动势相等效,it 和 im 在 a 轴和 b 轴上的投影要与 ia 和 ib 等效,即可得出:
    这里写图片描述
    从而可得出 两相旋转变两相静止的变换矩阵为:
    这里写图片描述
    通过对矩阵变换,或者更换公式两边的位置,可得两相静止变两相旋转坐标系为:
    这里写图片描述

    小结:
    永磁同步电机系统是一个非线性系统,通过数学变换,将这个系统拟化成一个他励直流电机模型来控制,会很大程度上降低控制难度,这是控制策略的核心。
    而坐标变换的核心是不同坐标系产生磁动势一致;通过各个坐标系之间的等量关系,计算出我们需要的变换矩阵。
    有了坐标变换,有了拟化的他励直流电机模型,我们下一步就是进行电流环和转速环的设计了。

    后续文章链接:

    永磁同步电机矢量控制到无速度传感器控制学习教程(PMSM)
    永磁同步电机矢量控制(一)——数学模型
    永磁同步电机矢量控制(三)——电流环转速环 PI 参数整定
    永磁同步电机矢量控制(四)——simulink仿真搭建
    永磁同步电机矢量控制(五)——波形记录及其分析
    永磁同步电机矢量控制(六)——MTPA最大转矩电流比控制
    永磁同步电机矢量控制(七)——基于id=0的矢量控制的动态解耦策略
    永磁同步电机矢量控制(八)——弱磁控制(超前角弱磁)
    永磁同步电机矢量控制(九)——三闭环位置控制系统
    永磁同步电机矢量控制(十)——PMSM最优效率(最小损耗)控制策略

    展开全文
  • 矢量控制1:矢量控制1矢量控制1:矢量控制1
  • 学 号 计 课程 设 仿真实验异步电机矢量控制Matlab目 题 矢量控制部分 院 学 业 专 级班 姓 名 指导教师 7 月 2015 年1 日 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书 目 录 1 设计任务及要求 . 1 2 异步电动机按转子...
  • 矢量控制matlab

    2017-03-22 16:46:40
    矢量控制matlab
  • 1:此为永磁同步控制系列文章之一,应大家的要求,关于永磁同步矢量控制的系列文章已经在主页置顶,大家可以直接去主页里面查阅,希望能给大家带来帮助,谢谢。 2:矢量控制的六篇文章后。弱磁、MTPA、位置控制系列...
  • 电机矢量控制

    2019-03-01 02:48:46
    电机矢量控制仿真程序,包含park变换装置、磁链观测器、电流控制器、电压控制器、PID调节装置。
  • 矢量控制课设word

    2020-12-13 21:54:23
    3.4按转子磁链定向的矢量控制调速系统 8 3.4.1电流闭环控制方式 8 3.4.2矢量控制系统特点 9 四、仿真及分析 10 4.1矢量控制调速系统仿真 10 4.2矢量控制调速系统仿真分析 11 五、总结 14 参考文献 16
  • PMSM控制算法模型,矢量控制 矢量控制系统的基本思路是以产生相同的旋转磁动势为准则,将异步电动机在静止三相坐标系上的定子交流电流通过坐标变换等效成同步旋转坐标系上的直流电流
  • 矢量控制 矢量控制变频调速是指将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相-二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1,再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流...
  • DTC与矢量控制

    2019-04-23 23:35:10
    DTC与矢量控制,讲述ABB变频器DTC(直接转矩)控制模型!!
  • 异步电机矢量控制

    2017-04-15 13:13:01
    异步电机矢量控制
  • 矢量控制系统的解耦与调节器设计-矢量控制系统的解耦与调节器设计.pdf 矢量控制系统的解耦与调节器设计(马小亮——传动大师文章)。
  • 电机矢量控制笔记

    2019-03-31 23:20:30
    FOC开发,矢量控制学习,适合入门开发者进行深入学习与研究。
  • DTC与矢量控制.zip

    2019-10-29 02:47:42
    DTC与矢量控制zip,DTC与矢量控制
  • 矢量控制仿真模型

    2018-05-17 13:15:22
    矢量控制系统仿真模块我的范儿VR发vervrvrwvwfvsvfsvwverfvevfvr
  • matlab开发-模糊矢量控制矢量控制的模糊逻辑
  • 标准变频器矢量控制及PID控制描述zip,标准变频器矢量控制及PID控制描述
  • 永磁同步电机矢量控制(四)——simulink仿真搭建

    万次阅读 多人点赞 2019-05-17 09:51:37
    注: 1:此为永磁同步控制系列文章之一,应大家的要求,关于永磁同步矢量控制的系列文章已经在主页置顶,大家可以直接去主页里面查阅,希望能给大家带来帮助,谢谢。 2:矢量控制的六篇文章后。弱磁、MTPA、位置控制...
  • dsp矢量控制程序

    2015-04-09 20:39:37
    基于dsp的矢量控制程序 程序很完整.很详细的描述了矢量控制的算法和实现方式。
  • FOC矢量控制参考代码

    2017-07-12 11:29:20
    采用SVPWM和FOC矢量控制实现电机控制
  • FOC矢量控制

    2020-04-21 16:15:51
    矢量控制简称为磁场定向控制,相当于解耦转矩控制和磁通控制。其基本思想是输入三相交流电的永磁同步电动机上,近似模拟直流电动机转矩控制的规律,在磁场定向坐标上,将电流矢量分解成为产生磁通的励磁电流分量和...
  • 矢量控制原理--简介 矢量控制,也称为磁场导向控制,是一种利用变频器控制三相交流马达的技术,利用调整变频器的输出频率、输出电压的大小及角度,来控制马达的输出。其特性是可以个别控制马达的的磁场及转矩,类似...
  • 矢量控制(CUVC)变频器与转矩控制zip,矢量控制(CUVC)变频器与转矩控制
  • PMSM的矢量控制仿真模型,matlab版本2013a,电机为matlab自带电机模型 PMSM的矢量控制仿真模型,matlab版本2013a,电机为matlab自带电机模型
  • 矢量控制和伺服控制

    千次阅读 2017-12-13 08:59:51
    矢量控制方式——  矢量控制,最简单的说,就是将交流电机调速通过一系列等效变换,等效成直流电机的调速特性,就这么简单,至于深入了解,那就得深入了解变频器的数学模型,电机学等学科。 矢量控制原理是模仿...

空空如也

空空如也

1 2 3 4 5 ... 20
收藏数 3,672
精华内容 1,468
关键字:

矢量控制