基于稀土永磁無刷直流電機的雙閉環控制方式比較研究

許亞星，王曉航，漆旭平，李慶楠

(中國航空計算技術研究所,陜西 西安 710065)

0 引言

隨著科技的日益發展,稀土永磁無刷直流電機得到了越來越廣泛的應用,無刷直流電機閉環控制技術得到更深入的研究。無刷直流電機閉環控制技術包括速度單閉環控制和速度電流雙閉環控制[1],速度電流雙閉環控制又包括母線電流閉環控制、最大相電流閉環控制和平均相電流閉環控制。速度電流雙閉環控制相比速度單閉環控制具有明顯優勢[2],本文對速度電流雙閉環控制的三種方式通過仿真進行對比分析,對無刷直流電機的速度電流雙閉環控制具有一定參考意義[3]。

1 系統建模

無刷直流電機轉速電流雙閉環控制的原理為將電機轉速反饋給轉速調節器參與控制,轉速調節器的輸出為電流調節器的給定,然后將母線電流或相電流反饋給電流調節器,最終輸出控制電機運轉的電流,通過控制電流大小,實現對無刷直流電機的電流和轉速的閉環控制[4]。轉速電流雙閉環控制原理如圖1所示。

母線電流反饋和相電流反饋的區別在于母線電流閉環控制是將母線電流反饋給電流調節器進行控制,而相電流是將三相電流取最大值或平均值反饋給電流調節器參與控制[5],兩種閉環控制的電流選擇方式如圖2所示。

圖2 母線電流閉環和相電流閉環的電流選擇方式

在此基礎上,分別對母線電流閉環控制、最大相電流閉環控制、平均相電流閉環控制進行建模仿真,模型搭建如圖3所示。

2 仿真結果

通過模型對三種閉環控制方式的轉速和電流進行仿真,結果如圖4所示。圖4中,從左到右依次是母線電流、最大相電流、平均相電流的轉速和電流波形。

圖4 MQTT流程圖

圖4 三種轉速電流雙閉環控制的轉速和電流波形

3 結果分析

由仿真結果可以看出,轉速電流雙閉環在電流幅值和轉矩脈動上均有較好的控制效果,也具有更好的速度動態響應;相電流閉環相較母線電流閉環來說,對電流幅值和穩定性的控制效果更好。最大相電流閉環由于控制的是相電流的最大值,使得相電流和母線電流的幅值均比較小,電流穩態波動轉矩脈動也更小,但由于對相電流幅值抑制較大,損失了電機速度的動態響應[6]。平均相電流閉環控制的對象是三相電流的平均值,它具有較小的穩態電流誤差,雖然對電流幅值的控制力較弱,在調速性能上具有快速動態響應和更小的穩態誤差。

4 結論

轉速單閉環和轉速電流雙閉環控制方式各有優缺點,轉速電流雙閉環控制的三種方式控制效果也不相同。本文通過對三種雙閉環控制方式的效果進行對比分析,為工程應用中無刷直流電機閉環控制方式的選擇提供參考。