转矩脉动最小化在永磁同步电动机的磁场定向控制驱动器

Thanu詹姆斯¹,B.Adhavan²C.S.Ravichandran博士³

PG学生(PED),部门EEE,室利罗摩克里希纳工程学院,哥印拜陀,Tamilnadu、印度
副教授,EEE称,室利罗摩克里希纳工程学院,哥印拜陀,Tamilnadu、印度
教授、院长EEE称,室利罗摩克里希纳工程学院,哥印拜陀,Tamilnadu、印度

文摘

永磁同步电机是一种特殊的电机可以成为最好的替代感应电动机在不久的将来。电动机的结构类似于感应电动机定子类似于这些汽车和转子由永久磁铁组成。生成大量的气隙,在转子中使用永久磁铁生产制造业高度自动化主管和高效的电机驱动。主要缺点出现在这些类型的电机脉动转矩的生产增加的噪音和振动电机驱动从而减少驱动器的效率。论述了关于各种控制技术来减少电动机的转矩脉动通过使用传统的PI控制器和模糊控制器。不同的系统的设计和分析是在MATLAB完成2010 b和比较研究分析转矩脉动最小化的最佳技术在永磁同步电动机的磁场定向控制驱动器。

关键字

永磁同步电动机、比例积分控制器、模糊逻辑控制器,空间矢量脉冲宽度调制

介绍

永磁同步电机永磁同步电动机无刷直流(刷)汽车密切相关的领域激发由永磁体提供,但正弦电磁场。因此他们被认为是两者的结合感应电动机和刷电机定子结构类似于感应电动机。这些驱动器主要用于空调和空调冰箱压缩机、洗衣机、自动电子动力转向,机床和牵引力控制系统的应用。这些汽车广泛应用于低和中期电力应用,如计算机外围设备、机器人、调速驱动和电动汽车由于优势效率高、功率因数高、功率密度高、密实度和维护自由操作。这些汽车也优于传统的刷式直流电机由于没有换向片的情况下,最大限度地减少机械磨损的画笔和增加电动机的寿命。然而,永磁同步电动机的主要缺点是寄生转矩脉动。这些转矩脉动的存在导致瞬时转矩与转子位置周期性的闪烁。对于与速度降低应用程序的操作,这些以周期性脉动脉动反映电动机转速。有各种来源的转矩脉动永磁同步电动机,如齿轮,通量谐波,电流测量的误差和相位的不平衡。针对永磁同步电动机在工业应用的日益普及,脉动的抑制力矩近年来已获得了高度的关注。

许多技术基于电机设计和控制技术提出了在文学减少永磁同步电动机的转矩波动[8]。非线性扭矩控制器集中在通量/转矩估计是引入通量的减少谐波的影响。降低齿槽转矩的影响是最小的电动机转速使用内部模型原理和自适应前馈补偿技术。缺点是实际的实现模型需要额外的工作[7]。扭矩波纹寄生,会导致转矩脉动、振动和噪声。这些影响进行了分析和建模使用复杂的可变状态的方法。产生一个快速电流控制系统产生高频电磁转矩分量补偿[6]。

嵌入式相域模型用于减压系统的数值不稳定。传统和域模型嵌入阶段模型所示提供相同的结果在稳态和瞬态情况下;然而传统的模型变得不稳定快速如果时间步增加[5]。应用程序这样的情报战略模糊逻辑是用来减少扭矩波纹与永磁同步电动机直接转矩控制[9]。

磁场定向控制

磁场定向控制是一种有效的方法来控制的永磁同步电动机调速驱动应用程序与迅速变化的负载在大范围的速度,包括高速磁场减弱是必需的。它演示了一个同步电动机控制像他励直流电机的定子mmf或电流矢量的方向与转子磁通。

磁场定向控制由控制定子电流矢量。这种控制是基于投影变换三个阶段时间和速度相关的系统到一个两个协调(d和q坐标)时不变系统。这些预测导致结构类似于直流电机的控制。领域面向控制的机器需要两个常量作为输入引用:转矩分量(与q坐标)和通量组件(与d协调)。这标志着每个工序的控制(稳态和瞬态)和独立的有限带宽的数学模型。因此,解决了经典方案问题,在以下方法:

1。易于达到常数引用(定子电流的转矩分量和通量组件)。

2。应用直接转矩控制的放松,因为在(d, q)参考系扭矩的表达式是:

通过保持转子的振幅通量(ΨR)在一个恒定值,我们有一个线性转矩和转矩分量之间的联系(isq)。我们可以控制转矩通过控制定子电流的转矩分量的向量。三相电压、电流和电机的通量可以分析复杂的向量空间。考虑到ia、ib、ic是定子电流阶段,

这个电流空间矢量描述了正弦三相系统。它仍然需要转换成两个时不变系统协调。这种转换可以分为两个步骤:

1。(a, b, c)(α,β)(克拉克变换),输出两个协调时间变量系统。

逆克拉克变换将一个二段式(α,β)转换为三相(isa,形成自己的特色,isc)系统。

控制技术I - PI控制器和磁滞脉冲宽度调制

比例积分(PI)控制器开发的理想的属性系统的开环传递函数1型或以上零稳态误差对阶跃输入。这些控制器常数参数值包括比例常数(Kp)和积分时间常数(Ki)。调整PI控制器的一般方法是获得高积分。然后增加比例常数得到满意的反应。开始添加积分时间常数,直到稳态误差。船的框图永磁同步电动机驱动器使用π和滞环PWM是图1所示。输出的波形控制技术是显示在图2和放大的输出响应的扭矩图3所示。

第二控制技术——模糊逻辑控制器和磁滞脉冲宽度调制

模糊逻辑(FL)的软计算技术作用于人类智能的定义是一个多值逻辑处理困难,模糊或模糊数据,模糊逻辑是一个解决问题的方法,为实现系统提供本身从简单,大型网络,嵌入式,采集和控制系统的问题。背后的主要原则模糊逻辑的方法是模仿人类的决策特征来解决复杂的问题。控制器的输入转矩误差和转矩误差变化和输出转矩限制(T *)描述在图4,5和6。输入和输出包含与五个语言变量的隶属度函数;即HN -高- LN -那么悲观,泽- 0,HPHigh积极、LP -少积极和生成控制器的规则如表1所示。

模糊控制器的框图台湾籍的HPWM永磁同步电动机驱动器所描述的图7。转矩的输出响应与模糊逻辑控制器和HPWM无花果所示。8和放大的输出转矩的响应也显示在图9获得推理。

控制技术III -π和空间矢量脉宽调制控制器

从文学,它已经发现,空间矢量调制(SVM)是最可接受的和广泛使用的脉冲宽度调制技术,因为它消除了第三阶谐波在更大程度上。有八个开关向量即从V0, V1、V2, V3till V7代表8个电压结构。这里妥善分配电压,它们提供了两个零向量(V0和V7中),其余6向量命名为活跃向量。PWM技术估计参考电压Vref通过开关的组合模式的八个矢量变频器在表2。框图显示了比例积分控制器的永磁同步电动机驱动的先进控制技术SVPWM FOC图10所示。的输出响应扭矩图11所示的放大输出响应控制技术III与推理解释在图12。

控制技术IV -模糊控制器与空间矢量脉冲宽度调制

人类专家主要依靠常识来解决具有挑战性的问题。模糊逻辑(FL)等智能控制技术之一,使用人类的智慧解决问题。模糊系统主要由三个单位即;fuzzifier, defuzzifier和一个推理引擎。fuzzifier单元的数据转换成模糊数据。这种模糊数据的帮助下模糊规则给出模糊推理引擎。引擎评估输入并产生适当的模糊输出。然后defuzzifier单位将此模糊输入转换成人类可以理解的数据。模糊逻辑已经发现由于高效的行为和重要性主要用于自动化应用程序。这里的模糊逻辑控制器框图SVPWM技术在FOC永磁同步电动机驱动的图13所示。 The output Torque response of control technique IV is shown in the Fig. 14 and the zoomed output torque response is shown in Fig. 15 to obtain the inference of the technique.

讨论

很明显,表3中所示的转矩变化较少的模糊逻辑控制器,可以实现最小转矩脉动比其他控制技术。

有人认为第四控制策略帮助减少扭矩波纹从52.5%降至1.536%。因此利用基于方法的控制器,涟漪更大程度上减少。

结论

基于模糊逻辑控制器的永磁同步电动机的转矩控制器模型分析了电机驱动,并使用MATLAB模拟2010 b和结果可视化对比各种控制技术。从第四控制技术获得的结果证明快速和满意的响应和负载扰动。在未来实现中,提出混合控制器可用于替代PI控制器。

确认

我想致以诚挚的感谢和感激我的项目主管b . Adhavan教授对他的过程中不断的支持和鼓励我的项目。我真的被他尊敬的指导和灵感来自这个项目的开始到结束。

引用

Adhavan.B Kuppuswamy。Jayabaskaran。G和Jagannathan。V。,“Field oriented control of Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) using Fuzzy logic controller”, in Proc. RAICS, 2011, pp.587-592.
Basilio.J。C和Matos.S。R,“设计PI和PID控制器的瞬态性能规范”,IEEE教育、45卷,pp.364 - 370, 2002年11月。
Bimal.K。玻色,“现代电力电子和AC驱动器”,φ学习私人有限公司,2005年。
r·克里希南“永磁同步无刷直流电机驱动器”,CRC出版社,2010年。
Dehkordi.A。B, Gole.A。M和Maguire.T。L“永磁同步机的实时仿真模型”,Int。Conf.IPST 05年,2005年,加拿大蒙特利尔。
Heydari。F, Sheikholeslami。GorganiFirouzjah。K和Ardeshir。G”,预测磁场定向控制的永磁同步电动机使用模糊逻辑”,Int,相依。电力系统,2009年。
Jahns.T。M andSoong.W。L“脉动转矩最小化永磁交流电动机驱动的技术审查”,IEEE反式。州的选举。,vol. 43, pp.321-330, Apr 1996.
Kovacic, Bogdan。年代和Crnosija.P。,“Fuzzy Rule Based Model Reference Adaptive Control for PMSM Drives”, Proc. IECON’93,1993, pp. 207- 212.
李。N,魏。X和冯。X”,一种改进的DTC算法基于模糊逻辑的减少永磁同步电动机的转矩波动和支持向量机”,IntConf人工ICAIE”2010、2010、401 - 405页。
B。博士,硕士Birundha Adhavan C.S. Ravichandran诉Jagannathan博士,“减少转矩脉动永磁同步电动机使用模糊逻辑控制”,澳大利亚基础和应用科学学报,7卷,第68 - 61页,2013年。