【摘要】：永磁同步電機(jī)交流伺服系統(tǒng)非常適用于對精度要求較高的驅(qū)動場合,這些場合要求電機(jī)的定子電流波形平滑度高、轉(zhuǎn)矩脈動小。但由于逆變器具有很強(qiáng)的非線性并且PMSM運(yùn)行時氣隙磁場會產(chǎn)生畸變,導(dǎo)致PMSM的定子電流中含有大量的高次諧波并且引發(fā)較大的轉(zhuǎn)矩脈動。因此,研究抑制諧波電流的控制策略,對于提高控制系統(tǒng)的性能十分重要。首先,分析了PMSM諧波電流產(chǎn)生的原因;建立了考慮諧波電流的PMSM數(shù)學(xué)模型;研究了抑制諧波電流的控制方法。針對傳統(tǒng)電壓補(bǔ)償法采用低通濾波器來提取直流量,動態(tài)響應(yīng)時間較長、穩(wěn)態(tài)誤差較大的問題,提出采用閉環(huán)電流平均值法來提取直流分量,提高了系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)定性。但是基于閉環(huán)電流平均值法的電壓補(bǔ)償法需要進(jìn)行四次坐標(biāo)變換及六個PI控制器來調(diào)節(jié)參數(shù),計(jì)算過程及參數(shù)調(diào)節(jié)較為復(fù)雜。為了降低算法復(fù)雜度,采用基于級聯(lián)型二階廣義積分器的電壓補(bǔ)償法,將級聯(lián)型二階廣義積分器與電流環(huán)PI控制器并聯(lián),利用級聯(lián)型二階廣義積分器提取出d、q軸電流中的6次諧波,該方法不需要進(jìn)行坐標(biāo)變換并且PI調(diào)節(jié)器減少為兩個,降低了系統(tǒng)的運(yùn)算量,節(jié)省了存儲空間。其次,對兩種電壓補(bǔ)償算法進(jìn)行仿真研究,對電流與轉(zhuǎn)矩頻譜進(jìn)行分析,采用基于閉環(huán)電流平均值法的電壓補(bǔ)償法,A相電流總THD由9.05%下降到5.28%,6次轉(zhuǎn)矩脈動由0.094Nm下降到0.044Nm;采用基于級聯(lián)型二階廣義積分器的電壓補(bǔ)償法,A相電流總THD由9.05%下降到2.85%,6次轉(zhuǎn)矩脈動由0.094Nm下降到0.017Nm。仿真結(jié)果驗(yàn)證了兩種電壓補(bǔ)償算法的有效性。最后,將兩種電壓補(bǔ)償算法分別在PMSM伺服驅(qū)動實(shí)驗(yàn)平臺上進(jìn)行驗(yàn)證,對相電流波形及頻譜進(jìn)行分析,得到了以下結(jié)論:采用基于閉環(huán)電流平均值法的電壓補(bǔ)償法,5次諧波幅值占基波的百分比由45%下降到30%,7次諧波幅值占基波的百分比由42%下降到26%;采用基于級聯(lián)型二階廣義積分器的電壓補(bǔ)償法,5次諧波幅值占基波的百分比由45%下降到24%,7次諧波幅值占基波的百分比由42%下降到22%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明這兩種電壓補(bǔ)償算法都可以對有效地抑制電流諧波。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM341
【圖文】：

型的建立大、調(diào)速性能好，得到了日益廣泛的應(yīng)用，導(dǎo)致 PMSM 在運(yùn)行時相電流中會產(chǎn)生大量紹了 PMSM 在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，立了考慮 PMSM 電流諧波的數(shù)學(xué)模型，為模型的建立建立建立常用到三種坐標(biāo)系，分別是abc坐標(biāo)系系統(tǒng)進(jìn)行分析時，需要進(jìn)行不同坐標(biāo)系之間幅值恒定或功率恒定的Clarke和Park 變換 坐標(biāo)系間的變換(Clarke變換)：

6（2） 坐標(biāo)系與dq坐標(biāo)系間的變換(Park 變換)如圖 2-2 所示：圖2-2 坐標(biāo)系與dq 坐標(biāo)系間的變換Fig.2-2 Transformation between Coordinate System anddq Coordinate System兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的分量設(shè)為dx 、qx ，根據(jù)圖 2-2 得到兩坐標(biāo)系之間變換公式如式（2-3）和（2-4）所示：cos sinsin cose ee edqxxxx （2-3）cos sinsin cose ee edqxxxx （2-4）式中：e —— 電機(jī)的電角速度/rad/s；e —— 電機(jī)的電角度/rad，且e=e t。由公式（2-1）和（2-3）可以得到abc坐標(biāo)系到dq坐標(biāo)系的恒幅值變換矩陣如式（2-5）所示： cbaeeeeeeqdxxxxx)32)sin(32sinsin()32)cos(32coscos( （2-5）2.1.2 PMSM 數(shù)學(xué)模型的建立PMSM 的數(shù)學(xué)模型就是電壓、電流、磁鏈等各個物理量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，為了得到簡化的數(shù)學(xué)模型需對 PMSM 進(jìn)行假設(shè)使其成為理想電機(jī)，一般假設(shè)如下：（1）永磁體的磁路不發(fā)生飽和，假設(shè)為線性磁路；（2）定子繞組成 Y 形連接，三相繞組各差 120 ；（3）忽略磁滯損耗和渦流效應(yīng)。在abc坐標(biāo)系下，PMSM 電壓方程如式（2-6）所示：

圖 2-5 三相全橋逆變電路Fig.2-5 Three-phase Full Bridge Inverter Circuit~V6—— 功率器件 IGBT；D1~VD2—— 反并聯(lián)二極管；、B、C —— 等效三相繞組。況下，驅(qū)同一個橋臂上下兩個功率器件的動信號是互補(bǔ)信號，但實(shí)際的的導(dǎo)通關(guān)斷時間，通常導(dǎo)通時間小于關(guān)斷時間，若同一橋臂一個功功率管導(dǎo)通，此時兩個功率管都導(dǎo)通，此時直流母線電壓過大、功為了避免兩個功率器件同時導(dǎo)通，必須加入一定的死區(qū)時間，使一件先關(guān)斷后導(dǎo)通。死區(qū)時間的不斷累積會導(dǎo)致輸出電壓中產(chǎn)生很大的路中還要考慮開關(guān)管管壓降和并聯(lián)續(xù)流二極管的導(dǎo)通壓降，由于死區(qū)的存在使得逆變器輸出電壓與輸入電壓存在一定的偏差，導(dǎo)致輸出的從而造成相電流畸變及較大的轉(zhuǎn)矩脈動。

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本文編號：2793316