1  引言

随着电力电子技术和永磁材料的飞跃发展,永磁同步电动机实现了技术和性能的双重突破，现已被广泛应用于电动汽车、仪器控制、航空航天等各种领域。相较于直流电机，永磁同步电机没有了电刷和换向器等结构，使其具备了体积小、重量轻、耐久度好等优点。但永磁同步电机闭环系统^[1]中PI控制器的参数设置不当将直接影响控制系统的性能，因此，研究永磁同步电机调速系统^[2-3]中PI控制器的参数整定^[4]极具实际使用价值。本文基于TMS320F2812平台，根据永磁同步电机矢量控制的原理和控制策略^[5-6]，结合电流和速度双闭环的比例积分调节，设计了永磁同步电机的调速系统，并对实验结果进行分析。

2 永磁同步电机的数学模型

根据电机学基本原理，电动机的数学模型可以由式（1）-式（4）表示。

从式（6）可以看出，电动机输出转矩Te等于电磁转矩加上磁阻转矩。电磁转矩部分正比于转子磁链和定子q轴电流的乘积。因为转子磁链是恒定的，所以电磁转矩部分由定子q轴电流唯一决定。磁阻转矩部分正比于d轴和q轴的电感之差与d轴和q轴电流的乘积，因此可以通过控制定子d轴和q轴电流来控制磁阻转矩部分。可以看出，电磁转矩的控制通过矩阵变换和解耦可以转化为d和q轴电流的控制。

3  电流内环调节器

电流环的设计是为了减小电压波动，加快动态响应，输出更大的力矩。电流环调节器的设计如图1所示。

图3是双闭环调速系统在500rpm运行时，突加给定转速1800rpm时的转速变化图。系统在0.2s完成速度响应，达到预设速度值，过程平滑稳定，没有较大波动。表明本文所设计的转速环能够很好地按照预期控制转速，完成调速控制。

图3  转速变化图                                                                             

设置500rpm和1500rpm两个转速点进行比较。图4为电机500rpm时两相电流的波形，图5为电机1500rpm时两相电流的波形。当电机转速增大，相电流也跟着增大，电流频率也增大。同时，相电流并没有突变和过分的振荡，表明本文所设计的电流环能够很好地按照预期控制相电流，完成调速控制。

图6为电机500rpm时两相电压的波形，图7为电机1500rpm时两相电压的波形。当电机转速逐渐增加时，相电压基本保持不变，电压频率增大。该双闭环调速系统整体运行平稳。

6  结论

本文介绍了永磁同步电机双闭环矢量调速系统，根据永磁同步电机的数学模型推导出电流环和转速环的PI参数公式。以TMS320F2812为控制核心，结合旋转变压器等硬件，完成双闭环调速系统的设计并完成实验。实验结果表明，该永磁同步电机双闭环矢量调速系统能够按照预期快速、准确完成闭环调速功能，并具有良好的稳定性和控制性能。

参考文献

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