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基于变电感参数的永磁同步电机弱磁控制研究

发布日期:2021-08-05   来源:《变频器世界》21-03期   作者:刘钰(Liu Yu) 刘文生(Liu Wensheng)   浏览次数:12075
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【摘   要】:内置式永磁同步电机以高输出转矩、高功率密度、高效率等优点广泛应用于电动汽车伺服控制系统中。本文基于转子磁场定向的永磁同步电机矢量控制策略,针对永磁同步电机在弱磁过程中由定子电流引起的磁路交叉饱和对交-直轴电感的影响,设计了一种基于变电感参数的PI参数自整定控制系统。仿真结果表明采用PI参数自整定的弱磁控制策略可使永磁同步电机矢量控制系统具有良好的动态性能和鲁棒性。

  

 

关键词:永磁同步电机;电感参数;弱磁控制;磁路交叉饱和PI参数

Abstract: Interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) is widely used in electric vehicle servo system with the advantages of high output torque, high power density and high efficiency. Based on the vector control strategy of permanent magnet synchronous motor (PMSM) based on rotor magnetic field orientation, this paper aims at the influence of magnetic circuit cross-saturation caused by stator current in the process of field-weakening of permanent magnet synchronous motor (PMSM) on the AC-axis inductance. A self-tuning control system for PI parameters based on variable inductance parameters is designed. The simulation results show that the vector control system of permanent magnet synchronous motor has good dynamic performance and robustness by using the field-weakening control strategy with PI parameter self-tuning.

Keywords: Permanent magnet synchronous motor; Inductance; Field-weakening control; Magnetic cross-coupling saturation; PI parameter

 


1  引言

内置式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, IPMSM)具有体积小、效率高、功率密度高以及调速范围宽等优点,在电动汽车领域得到了广泛的应用[1-2]。而电机在运行过程中,其调速性能的优劣受电机参数的影响较大。因此,在永磁同步电机的调速系统设计过程中考虑参数变化很有必要。

目前,针对电感参数的处理方法中,主要由两个方面进行,其一是电感参数的在线辨识[3],即在电机运行过程中,直接利用辨识算法进行在线辨识,但该方法虽然能够在线辨识出电感参数的大小,却有一定的延时,同时辨识结果也存在一定的误差;其二是通过改进控制器来适应电感参数的变化,其中包括通过PI参数的自整定来适应电感参数的变化。文献[4]提出了一种基于民BF网络动态辨识的BP神经网络PID参数自整定算法,能够实现PID参数的在线自整定和优化,该算法能够有效解决被控对象的不确定性和非线性等问题,能实现参数的自整定,适用于时变非线性和强干扰的复杂系统中。文献[5]提出神经网络PID整定方法,将神经网络算法的并行运算和自适应的特点应用到PID整定中。文献[6]将模糊推理方法与PID相结合,根据误差及误差变化在线调整PID参数。文献[7]提出一种将基于模型和规则的参数自整定思想相结合的参数自整定及优化策略。文献[8]设计了基于参数自整定模糊PID控制的双闭环直流调速系统。

针对电机在弱磁过程中磁路交叉饱和对交-直轴电感的影响,本文设计了一种基于变电感参数的PI参数自整定控制系统。

2  IPMSM弱磁控制原理

 

                                                                                                                                                               

                                 













                 


对比图6,从图8中可以看出,当考虑了电感参数饱和后,d-q轴电流也不在平稳,这更符合实际电机工况。这是因为当电机进入弱磁区后,去磁电流是励磁磁场减弱,电机退出饱和,交-直轴电感均会受到影响,尤其是q轴电感变化很大。

4  结论

本文针对永磁同步电机在弱磁过程中由定子电流引起的磁路交叉饱和对交-直轴电感的影响,设计了一种基于变电感参数的PI参数自整定控制系统。仿真结果表明采用PI参数自整定的弱磁控制策略可使永磁同步电机矢量控制系统具有良好的动态性能和鲁棒性。

 

参考文献

[1]王庆龙, 张崇巍, 张兴. 基于变结构模型参考自适应系统的永磁同步电机转速辨识[J]. 中国电机工程学报, 2008, 28(9):71-75.

[2]安群涛, 孙力, 赵克. 一种永磁同步电动机参数的自适应在线辨识方法[J]. 电工技术学报, 2008, 23(6):31-36.

[3]吴茂林, 黄声华. 永磁同步电机非线性参数辨识[J]. 电工技术学报, 2009, 24(8):65-68.

[4]林青松, 姚玉菲, 王军晓. 智能PID参数自整定技术在伺服系统中的应用[J]. 自动化仪表, 2011, 32(2):59-62.

[5]施伟锋, 陈子顺, 汤天浩. 船舶发电机励磁系统的CMAC神经网络并行控制[J]. 电网技术, 2005, 29(4):31-35.

[6]龚事引, 于惠钧, 宋翼颉,等. 基于模糊PID的永磁同步电机矢量控制系统[J]. 湖南工业大学学报, 2015(4):40-44.

[7]肖启明, 杨明, 刘可述,等. PMSM伺服系统速度环PI控制器参数自整定及优化[J]. 电机与控制学报, 2014(2):102-107.

[8]吴燕翔, 张朝君, 周超群,等. 基于参数自整定模糊PID双闭环直流调速系统的设计仿真[J]. 化工自动化及仪表, 2013, 40(2):136-139.

 

作者简介:

刘钰(1993.9),女,硕士研究生,大连交通大学电气信息工程学院,研究方向:电力牵引与传动控制。

 
 
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