永磁同步电机流频比(I/F)控制及Matlab/Simulink仿真分析

文章目录

  • 前言
  • 一、流频比I/F控制原理
  • 二、永磁同步电机I/F控制系统Matlab/Simulink仿真分析
    • 2.1.仿真电路分析
      • 2.1.1 I/F控制算法
      • 2.1.2 电流环
      • 2.1.3 输出处理
      • 2.1.4 主电路
    • 2.2 仿真结果分析
  • 总结


前言

本章节采用流频比I/F控制方法驱动永磁同步电机的转动,首先分析流频比I/F的控制原理,然后在Matlab/Simulink中进行永磁同步电机流频比I/F控制系统的仿真分析,为后续PMSM无感启动做铺垫。


一、流频比I/F控制原理

PMSM的恒压频比V/F控制是保持电机的电压和频率之比固定,即磁通为常数,既不需要转速闭环控制,也不需要进行电流采样,是一种完全的开环控制方式。VF控制有两个明显的不足:不具备负载转矩匹配能力,转速容易产生振荡;最佳V/F曲线的整定比较困难,容易引起电机过电流。
有关PMSM恒压频比开环控制请阅读:
永磁同步电机恒压频比(V/F)开环控制系统Matlab/Simulink仿真分析及代码生成到工程实现
相比于恒压频比V/F控制,流频比I/F控制是一种转速开环,电流闭环的控制方式,可以直接控制定子绕组电流幅值,因此这种控制方式不会出现电机过电流现象;通过控制定子绕组电流,使电机具有较好的负载转矩匹配能力,依靠“转矩-功角自平衡”特性,使电机具备较强的抗负载扰动能力。I/F控制框图如下所示:
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二、永磁同步电机I/F控制系统Matlab/Simulink仿真分析

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上图为PMSM流频比I/F整体控制框图,为了后续模型生成代码进行工程实现,本示例将IF控制算法部分单独建立模型,通过调用IF控制算法模型进行PMSM的流频比I/F控制

2.1.仿真电路分析

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2.1.1 I/F控制算法

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IF控制算法如上图所示,Id_Ref设置为0,Iq_Set设置为电机额定电流1.2A。
位置角通过如下生成:目标速度除以时间得到加速度,此示例加速度设置为1200/3=400,即3s的时间速度由0加速为1200。
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对加速度求积分得到速度,再通过下式将速度换算为角频率
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再通过 we=2pif 将角频率换算为角速度
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对角速度求积分得到电角度。
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将电角度减去pi/2,使给定的虚拟同步dvqv坐标系滞后实际的基准dq坐标系90°
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通过mod函数将角度换算到0~2*pi之间
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2.1.2 电流环

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上图为PMSM控制的电流环,有关PMSM电流环的的介绍请阅读:
永磁同步电机(PMSM)磁场定向控制(FOC)及Matlab/Simulink仿真分析

2.1.3 输出处理

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I/F控制算法的输出电压做处理,使其落在[0,1]的范围内
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2.1.4 主电路

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有关主电路及电机参数设置请阅读:
永磁同步电机恒压频比(V/F)开环控制系统Matlab/Simulink仿真分析及代码生成到工程实现

2.2 仿真结果分析

电机转速:3s后达到设定的目标转速1200RPM
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电机定子电流:电流幅值为设定的给定值1.2A
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电机实际转子位置:
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同步旋转坐标系下的定子电流Id、Iq:
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同步旋转坐标系下的定子电压:
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电磁转矩:
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总结

本章节采用流频比I/F控制方法驱动永磁同步电机的转动,首先分析了流频比I/F的控制原理,然后在Matlab/Simulink中进行了永磁同步电机流频比I/F控制系统的仿真分析,为后续PMSM无感启动奠定基础。

模型及代码工程获取:
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