永磁同步直线电机驱动控制原理与matlab建模仿真
simpleFOC移植
稚晖君讲解
1、用的是compare和five那个
2、FOC(field-oriented control)为磁场定向控制,又称为矢量控制(vectorcontrol),是目前无刷直流电机(BLDC)和永磁同步电机(PMSM permanent-magnet synchronous motor)高效控制的最佳选择。FOC 可以精确地控制磁场大小与方向,使得电机转矩平稳、噪声小、效率高,并且具有高速的动态响应。目前已在很多应用上逐步替代传统的控制方式,在运动控制行业中备受瞩目。
3、FOC的优势
- 低转速下控制
由于控制原理的区别,无刷电调只能控制电机工作在高转速下,低速下很难控制;而FOC控制器则完全没有这个限制,不论在什么转速下都可以实现精确控制。 - 电机换向
同上面的理由,由于无感电调无法反馈转子位置,因此很难实现电机正反转的换向;而FOC驱动器的换向性能极其优秀,最高转速下正反转切换可以非常顺畅;此外FOC还可以以能量回收的形式进行刹车控制。 - 力矩控制(力矩和电流成正比)
普通电调都只能控制电机转速,而FOC可以进行电流(力矩)、速度、位置三个闭环控制。 - 噪音
FOC驱动器的噪音会比电调小很多,原因是普通电调采用方波驱动,而FOC是正弦波。
4、电调的优势:
- 兼容性
电调驱动不同的BLDC不需要进行参数整定,而FOC需要。 - 算法复杂度
电调的算法实现更简单,运算量少,很适合需要提高带宽的超高转速电机。 - 成本
电调的成本比FOC低很多。
5、控制过程
- 对电机三相电流进行采样得到:ia、ib、ic;
- 将 ia、ib、ic 经过 clarke 变换得到 iα、iβ;
- 将 iα、iβ 经过 park 变换得到 iq、id;
- 计算 iq、id 和其设定值 iq_Ref、id_Ref 的误差;
- 将上述误差输入到两个 PID(只用到 PI)控制器,得到输出的控制电压 Vq、Vd;
- 将 Vq、Vd 进行反 park 变换得到 Vα、Vβ;
- 将 Vα、Vβ 输入 SVPWM 模块进行调制,合成电压空间矢量,输出该时刻三个半桥的开关状态进而控制电机旋转;
- 循环上述步骤。
坐标变换
视频讲解
由于直接检测到的三相电流正弦的,因此控制极为不变,因此需要将其变换为一个常数,这样控制就方便了。首先将三相电流经过Clarke变换,变换到静止坐标系α、β上,这个就从三相变为了两相正弦了;再经过Park变换,这里要用到转动的角度,将静止坐标系变换到同步旋转坐标系了(同步旋转坐标系,就是建立在旋转体上的),此时起到驱动作用的只有q,如果我们想要保持驱动力恒定,那么仅需通过PID 控制q轴大小恒定,而d轴对驱动不起作用,只会起到发热作用,因此我们将d轴的大小控制为 0;这里我们再将所控制的值转换为静止坐标系的值,也就是反Park变换,因为SVPWM控制就需要用到反Park的值,也就是静止坐标系的值。
Clark变换
- 如果要平稳地驱动三相电机转动,我们就需要生成三个相位相差 120 度的正弦波,三相正弦波会合成一个矢量,这个矢量就会不停的旋转。我们要变换的就是这个矢量。
- 首先将这个矢量变换到α和β轴上,也就是Clark变换。
- 因为abc与α、β轴(静止坐标系)的夹角是固定的,因此变换矩阵都是常数。
- 合成到α、β轴上后有什么作用呢:
1)SVPWM中用来判断现在这个矢量在哪个扇区。
2)在SVPWM中用来计算V1/V2(也就是相邻的两个基矢量,基矢量就是110这种,也就是6个mos管哪个导通这种)导通的时间。因为就是通过导通时间来代表基矢量的长度,用来合成这个矢量。
Park变换
- 将静止坐标系(α、β),转换到旋转坐标系,即将 Clarke 变换后的 α—β 坐标系旋转θ度,其中θ为转子旋转的角度,旋转角度θ需通过编码器/霍尔传感器读取
- 我们直接控制的就是Id,Iq。其中,**Id(励磁电流分量)**设置为0,Iq设置为我们想要的,如果恒推力的话,q就是一直不变的。我们直接给定一个iq,然后与反馈回来的iq作差,传递给pid模块,然后给出输出,再反Park变换转换为αβ(这里需要角度值,因为iq就是一个大小,需要给定他的位置)给SVPWM,通过SVPWM控制mos管实现控制。
- 所以此时wt(也就是角度)的大小就非常重要了。也就是αβ值是一直在变的,但是为什么dq值是恒定的呢,也可以看做是因为乘以了角度的关系。可以看上面的park变换公式
- 至此坐标变换就都完成了,接下来就将变换好的dq轴进行PID控制后的值,进行反Park变换(因为SVPWM 算法的实现需要用到静止的 α—β 坐标系,所以当我们完成了控制信号的 PID 运算后,还需进行反 Park 变换。),输入到SVPWM
直线电机这个是我自己做的,PMLSM接口方面有点问题,问题是不知道怎么Simscape(物理系统)块和simulink(数字/数学)块不能直接兼容。
注意事项
如果我们使用上面坐标系自己搭建,那么永磁同步电机需要选择
而如果使用那么就是用的matlab自带的变换矩阵
SVPWM解析
参考1
正点视频解析
SVPWM算法的本质实际就是,就算三相逆变器的六个开关何时导通,何时切断。
原理
1、如果要平稳地驱动三相电机转动,我们就需要生成三个相位相差 120 度的正弦波,因此就诞生了SPWM,他是直接构造出旋转所需的正弦电压,但这种情况是没有反馈的,所产生的电流并不一定是我们所要的,不能准确的控制定子电流。
2、SVPWM依靠的是MOS管的开关顺序和开关时间以此来模拟出正弦电流。而SPWM不依赖开关顺序,三相独立调制。
3、矢量的合成:
- 使用的硬件为由六个开关器件组成的三个半桥所构成的三相全桥电路。
- 通过不同的开关顺序(当
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