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永磁同步电机转速环参数设定(永磁同步电机转矩脉动抑制)

前言

本章采用工程设计方法推导了速度环PI调节器参数的计算公式,从而设计了永磁同步电机磁场定向控制的速度外环PI调节器参数,并利用Matlab/Simulink进行了比较对设计的PI调节器进行伯德图分析,最后通过设计实例进行仿真验证。

永磁同步电机转速环参数设定(永磁同步电机转矩脉动抑制)

1、调节器工程设计方法

实施调节器的工程化设计方法,首先要简化问题,突出设计的主要矛盾。简化的基本思想是将调节器设计过程分为两步:

1、选择调节器的结构,保证系统稳定性,满足所需的稳态精度。

2.然后选择调节器的参数以满足系统动态性能指标的要求。

选择调节器结构以使系统满足所需的稳态精度是设计过程的第一步。由于类及以上系统难以稳定,因此常将类系统和类系统作为系统设计的目标。

2、速度环PI调节器参数整定

工程设计方法的原则是:先设计内回路,再设计外回路。上一章设计了用于永磁同步电机磁场定向控制的电流内环PI调节器。本章接着设计了速度外环PI调节器,它不同于电流内环标定为典型的I类系统,而速度外环的设计目标是将系统标定为典型的II类系统。

2.1.速度环结构框图

控制系统的数学模型是设计的基础。下图是速度环的结构框图:

将电流环的等效传递函数填充到速度环的结构框图如下:

通过如下处理,速度环的结构框图进一步简化:

速度环的简化结构框图为:

2.2.典型的II 类系统

2.3.速度环PI参数设定计算公式

3、速度环PI调节器设计实例

3.1.磁场定向永磁同步电机速度外环电流内环双闭环控制

3.2.速度环PI参数计算

电机参数如下:

设置系统采样频率为20KHz,即Ts=0.00005s,h设计为2.1,由速度环PI调节器参数计算公式计算得到:

绘制系统的开环伯德图如下:

本系统的截止频率wc为315rad/s,位于1/tao和1/T的中间。此时系统的最大相角裕度为79.7,满足自身的设计要求。

画出该系统的闭环伯德图如下:

从上图可以看出,系统的带宽频率约为375rad/s。

3.3.仿真分析

将Kp=0.0025和Ki=0.0907带入仿真模型的速度环PI调节器中。将上一章计算出的电流内环PI参数Kp=5.25和Ki=3750带入两个电流环调节器中。仿真分析:

电机转速:如果控制效果不好,可以根据工程设计参数进行参数微调或者重新选择h值进行上述计算。

电机定子电流:

转子位置:

同步旋转坐标系下定子电流Id、Iq:

同步旋转坐标系中的定子电压:

电磁扭矩:

总结

本章采用工程设计方法推导了速度环PI调节器参数的计算公式,从而设计了永磁同步电机磁场定向控制的速度外环PI调节器参数,并利用Matlab/Simulink对设计的PI进行了比较通过伯德图对调节器进行分析,最后通过设计实例进行仿真验证,为后续章节的分析奠定基础。

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