盤式永磁電動機(jī)電流優(yōu)化控制
黃聲華 葛永強(qiáng) 萬山明 （華中理工大學(xué)武漢430074）
摘 要 盤式永磁電動機(jī)低速力矩大，具有直接驅(qū)動負(fù)載的能力，但要滿足高精度伺服系統(tǒng)的要求，必須有效地降低盤式永磁電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動。文中提出一種基于瞬時功率法的盤式永磁電動機(jī)電流優(yōu)化控制策略，可以顯著減小盤式永磁電動機(jī)轉(zhuǎn)矩波動，而且效率高。計(jì)算機(jī)仿真研究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，提出的控制策略是可行的。
敘 詞 永磁電機(jī)電流控制優(yōu)化伺服系統(tǒng)
1引 言
雙轉(zhuǎn)子盤式永磁電動機(jī)除了傳統(tǒng)永磁電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)外，還有低速力矩大、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、軸向尺寸短、便于直接與驅(qū)動機(jī)械裝配成整體等優(yōu)點(diǎn)。由于這種電機(jī)直接與負(fù)載連接，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動直接作用在負(fù)載上，對負(fù)載的平穩(wěn)運(yùn)行影響較大，因此在高性能伺服系統(tǒng)中，必須盡量減小這種電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動，以求獲得高質(zhì)量的伺服特性。
通常盤式永磁電動機(jī)的反電勢既非正弦波也非標(biāo)準(zhǔn)梯形波，無論采用正弦波電流還是方波電流驅(qū)動方式均不可避免會產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動。為了解決這一矛盾，近年提出了優(yōu)化電流波形的方法以減小轉(zhuǎn)矩脈動[2]。這些方法利用富氏級數(shù)分解計(jì)算轉(zhuǎn)矩脈動分量，進(jìn)而采用多重疊代法或最小方差法求出相應(yīng)的優(yōu)化電流波形，映點(diǎn)是計(jì)算量大，在實(shí)時控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)很困難，因此有必要探索一種優(yōu)化電流波形的新方法。
“瞬時無功理論”在電力系統(tǒng)諧波削除技術(shù)中已得到了充分肯定，本文基于該理論提出了一種優(yōu)化電流波形的新控制策略，采用這種控制策略可以適應(yīng)永磁電動機(jī)任意波形的反電勢，不僅能大大減小永磁電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動，而且能使電機(jī)繞組的損耗最小。仿真研究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了本文提出的控制策略是可行和有效的。
2電流優(yōu)化控制策略
為了便于尋找轉(zhuǎn)矩脈動為零的電流優(yōu)化控制策略，首先在坐標(biāo)系中建立電機(jī)的瞬時功率平衡關(guān)系式：
式中p、q分別是永磁電機(jī)瞬時輸出有功功率和無功功率，eα、eβ是電機(jī)反電勢，iα、iβ是電機(jī)等效繞組電流。若是已知永磁電機(jī)任一時刻的反電勢，即可求出對應(yīng)時刻的電機(jī)電流瞬時值：
盤式電機(jī)定子三相繞組采用y形無中線接法，沒有零序分量電流，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩t。與電機(jī)輸出有功功率的關(guān)系為：
式中叫是盤式永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度，該電機(jī)的反電勢則是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度甜和轉(zhuǎn)子位置角θ的函數(shù)：
將式(3)與式(4)代人式(2)可求出與電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩丁。和轉(zhuǎn)子位置角θ相關(guān)的電流瞬時值表達(dá)式：
式(5)表明，電機(jī)電流瞬時值還與電機(jī)瞬時無功功率有關(guān)，在非弱磁調(diào)速要求的條件下，可令永磁電機(jī)的瞬時無功功率為零，這不僅簡化了電流表達(dá)式，而且使電機(jī)定子繞組銅耗最小，于是有：
上式表明，在給定電磁轉(zhuǎn)矩前提下，電機(jī)電流僅僅是轉(zhuǎn)子位置角的函數(shù)，因此只要測出永磁電機(jī)任一轉(zhuǎn)速的反電勢波形e(θ)，由式(4)求出相應(yīng)的反電勢波形系數(shù)f（θ），就可以很方便地求出任意轉(zhuǎn)速下無轉(zhuǎn)矩脈動的電流瞬時值，再通過park反變換，即可求出永磁電機(jī)定子三相繞組電流瞬時值：
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