实例介绍
【实例简介】
详细介绍了 如何用psim软件实现永磁电动机的矢量仿真
Vol 16 No 900 系统仿真学报 May 2004 对永磁同步电机(PMSM)数学模型的电压方程式(4进行2.4SPWM模块 abc/da坐标变换,可得dq坐标系下的电压方程式(8): 正弦脉宽调制,它是以正弦波作为基准的调制波,三角 0d=rid+pod-oo (8)波作为载波,当调制波与载波相交时,由他们的交点确定变 4=rig+ peyd+oou 频器开通的时间,从而产生等幅不等宽的脉冲波形。图8是 其中 SPWM变频器的控制回路,一组三相对称的正弦参考信号 Og =lsig, Od=liia+Oat Ua、Ub、Ua与三角波参考信号U,相比较,作为三相桥臂 6个功率开关元件的控制信号。 式中:、口—d、q相定子磁链;a—转子磁场 对定子的交链;、Ld、q相绕组申感。图5、图6 中的U、U子模块的功能就是实现方程式(8),心子模块 的底层结构如图5所示,U子模块的底层结构如图6所示。 Kp1 载波他号 [Iq 图8SPWM变频器控制回路 图5U4子模块结构框图 2.5速度控制模块 速度控制模块的结构较为简单,如图9所示,输入:参 考转速和实际转速的差值,输出:q相电流参考值lqrf q 其中,Kp为P控制器中P(比例)的参数,KpT为P控 制器中I(积分)的参数, Saturation饱和跟幅模块将输出的 q相参考电流幅值限定在要求范围內。 图6U子模块结构框图 Ia ret 23坐标变换模块 坐标变换模块实现的是d旋转坐标系下的两相相电压 x口 Un、Ug向abc静止坐标系的三相电压Ua、Ub、U的等 Kp/T 效变换。与矢量控制模坎类似,d2abc模块实现的是dq两 相向ab三相的变换,模块的底层结构嬗鹵7腙示,功由 图9速度控制模块结构框图 dq/abc电流变换方程式(9戾实现 26电压逆变模块 C。=Ucos6+ sine+U cos(-120°)+Usin(-120°)+U 电压逆变模块实现的是逆变器功能,输入为SPWM模 U= U, cos(日+12°)+Usin(日+120°)+U 块给出的逆变控制信号,输出为三相相电压。图10是电压 逆变模块结构框图。该模块可采用中提供的通用逆变模块搭 建,只需3对iT功率开关器件,反向并联续流二极管 c 根据SPWM模块给出的控制信号,控制6个开关器件顺序 四 导通和关断,从而产生三相相电压输出。 2s0 本本去 J2PI/3 图10电压逆变模块结构框图 图7dq2abc模块结构框图 C1994-2010chinaAcadcmicJOurnalElcctronicPublishingHousc.Allrightsrcscrved.http://www.cnki.nct VoL 16 No 5 May 2004 纪志成,等∶基于PSIM永磁同步电机矢量控制系统的仿真建模 ·901· 3仿真结果 组电感L=0.06H,转动惯量J=000179kgm2,额定转速 1500rmin,极对数n=2。为了验证所设计的PMSM 根据上述所建立的PMSM矢量控制系统的仿真模型,矢量控制系统仿真模型的静、动态性能,系统带负载T 在PSIM6.0的仿真环境下进行了仿真,PMSM电机参数设Nm起动,得到系统转、转矩、d-q两相相电流仿真曲 置为:电机功率p=500W,直流电压l=220V,定子相绕线如图114所示。 组电阻R=432,定子d相绕组电感L=0027H,q相绕 2000 1300 1200 1100 150000 1000 8v 800 6 50000 300 1.00 00 200 400 100 t(s) t(3) 图11转速响应曲线 图12转矩响应曲线 100 16.00 1400 -050 400 0.00 200 5c0 1.00 200 300 500 t(s) 图13d相电流波形 图14q相电流波形 由仿真滅形可以看出:在n=150 Or/in的参考转速下,性能威者模拟相同的实验糸件比较不同控制策喲的优劣, 系统带负载启动响应快速且平稳,如两相电流波形较为理汋分析和设计永磁冋步电机控制系统提供了有效地手段和 想,稳态运行时转速无静差。仿真结果证明了本文所提岀的工具,也为实际电机控制系统的设计和调试提供了新的思 这种新型PMsⅥ仿真建模方法的有效性。 路。 结论 参考文献: [I P Pillay, R Krishnan. Modeling, simulation, and analysis of 本文在分析PMSM数学模型的基础上,提出了基于 permanent-magnet motor drives, Part 2: The permanent-magnet PSIM的PMSM控制系统仿真模型。该控制系统采用速度环 synchronous motor drive [] IEEE Trans. on Industry Applications PⅠ控制和电流环矢量控制的双闭环控制方法并在 1989,25(2):265-273 [21 Pragasan Pillay, R Krishnan. Modeling of permanent magnet motor PSIM60 SIMCAD环境下对该控制系统进行了设计与仿真。 drives[J]. IEEE Trans on Industry Electronics, 1988. 35(4): 537-541 仿真结果表明:波形符合理论分析,系统能平稳运行,具有③CiP. Zhu jG.IaQ,P,ctal. Simulation of nonlinear switche 较好的静、动态特性。采用该PMSM仿真模型,可以十分 eluctance motor drives with PSIM[C]. Proceedings of Electrica 便捷地实现、验证控制算法,只需对部分功能模块迸行替换 Machines and Systems, 2001, 2: 1061-1064 4]纪志成薛花沈艳霞.永磁同步电机调速系统的樸糊PⅠ智能控制 或修改,就可实现控制策珞的改换或改进,不仅可以节省控 新方法[电工技术学报,2003,18(6:53-58 制方案的设计周期,快速验证所设计的控制算法,更可以充「5Y. SJeon, H.S. Mok,G, H. Choe,cta. a new simulation model of 分利用计算机仿真的优越性,通过修改系统参变量或人为加 PMSM motor with rcal back EMF wavcform[C]. Procccding from 入不同扰动因素来考察不同实验条件下电机系统的动、静态 Computers in Power Electronics, 2000, 16-18: 217-220 C1994-2010chinaAcadcmicJOurnalElcctronicPublishingHousc.Allrightsrcscrved.http://www.cnki.nct 【实例截图】
【核心代码】
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Vol 16 No 900 系统仿真学报 May 2004 对永磁同步电机(PMSM)数学模型的电压方程式(4进行2.4SPWM模块 abc/da坐标变换,可得dq坐标系下的电压方程式(8): 正弦脉宽调制,它是以正弦波作为基准的调制波,三角 0d=rid+pod-oo (8)波作为载波,当调制波与载波相交时,由他们的交点确定变 4=rig+ peyd+oou 频器开通的时间,从而产生等幅不等宽的脉冲波形。图8是 其中 SPWM变频器的控制回路,一组三相对称的正弦参考信号 Og =lsig, Od=liia+Oat Ua、Ub、Ua与三角波参考信号U,相比较,作为三相桥臂 6个功率开关元件的控制信号。 式中:、口—d、q相定子磁链;a—转子磁场 对定子的交链;、Ld、q相绕组申感。图5、图6 中的U、U子模块的功能就是实现方程式(8),心子模块 的底层结构如图5所示,U子模块的底层结构如图6所示。 Kp1 载波他号 [Iq 图8SPWM变频器控制回路 图5U4子模块结构框图 2.5速度控制模块 速度控制模块的结构较为简单,如图9所示,输入:参 考转速和实际转速的差值,输出:q相电流参考值lqrf q 其中,Kp为P控制器中P(比例)的参数,KpT为P控 制器中I(积分)的参数, Saturation饱和跟幅模块将输出的 q相参考电流幅值限定在要求范围內。 图6U子模块结构框图 Ia ret 23坐标变换模块 坐标变换模块实现的是d旋转坐标系下的两相相电压 x口 Un、Ug向abc静止坐标系的三相电压Ua、Ub、U的等 Kp/T 效变换。与矢量控制模坎类似,d2abc模块实现的是dq两 相向ab三相的变换,模块的底层结构嬗鹵7腙示,功由 图9速度控制模块结构框图 dq/abc电流变换方程式(9戾实现 26电压逆变模块 C。=Ucos6+ sine+U cos(-120°)+Usin(-120°)+U 电压逆变模块实现的是逆变器功能,输入为SPWM模 U= U, cos(日+12°)+Usin(日+120°)+U 块给出的逆变控制信号,输出为三相相电压。图10是电压 逆变模块结构框图。该模块可采用中提供的通用逆变模块搭 建,只需3对iT功率开关器件,反向并联续流二极管 c 根据SPWM模块给出的控制信号,控制6个开关器件顺序 四 导通和关断,从而产生三相相电压输出。 2s0 本本去 J2PI/3 图10电压逆变模块结构框图 图7dq2abc模块结构框图 C1994-2010chinaAcadcmicJOurnalElcctronicPublishingHousc.Allrightsrcscrved.http://www.cnki.nct VoL 16 No 5 May 2004 纪志成,等∶基于PSIM永磁同步电机矢量控制系统的仿真建模 ·901· 3仿真结果 组电感L=0.06H,转动惯量J=000179kgm2,额定转速 1500rmin,极对数n=2。为了验证所设计的PMSM 根据上述所建立的PMSM矢量控制系统的仿真模型,矢量控制系统仿真模型的静、动态性能,系统带负载T 在PSIM6.0的仿真环境下进行了仿真,PMSM电机参数设Nm起动,得到系统转、转矩、d-q两相相电流仿真曲 置为:电机功率p=500W,直流电压l=220V,定子相绕线如图114所示。 组电阻R=432,定子d相绕组电感L=0027H,q相绕 2000 1300 1200 1100 150000 1000 8v 800 6 50000 300 1.00 00 200 400 100 t(s) t(3) 图11转速响应曲线 图12转矩响应曲线 100 16.00 1400 -050 400 0.00 200 5c0 1.00 200 300 500 t(s) 图13d相电流波形 图14q相电流波形 由仿真滅形可以看出:在n=150 Or/in的参考转速下,性能威者模拟相同的实验糸件比较不同控制策喲的优劣, 系统带负载启动响应快速且平稳,如两相电流波形较为理汋分析和设计永磁冋步电机控制系统提供了有效地手段和 想,稳态运行时转速无静差。仿真结果证明了本文所提岀的工具,也为实际电机控制系统的设计和调试提供了新的思 这种新型PMsⅥ仿真建模方法的有效性。 路。 结论 参考文献: [I P Pillay, R Krishnan. Modeling, simulation, and analysis of 本文在分析PMSM数学模型的基础上,提出了基于 permanent-magnet motor drives, Part 2: The permanent-magnet PSIM的PMSM控制系统仿真模型。该控制系统采用速度环 synchronous motor drive [] IEEE Trans. on Industry Applications PⅠ控制和电流环矢量控制的双闭环控制方法并在 1989,25(2):265-273 [21 Pragasan Pillay, R Krishnan. Modeling of permanent magnet motor PSIM60 SIMCAD环境下对该控制系统进行了设计与仿真。 drives[J]. IEEE Trans on Industry Electronics, 1988. 35(4): 537-541 仿真结果表明:波形符合理论分析,系统能平稳运行,具有③CiP. Zhu jG.IaQ,P,ctal. Simulation of nonlinear switche 较好的静、动态特性。采用该PMSM仿真模型,可以十分 eluctance motor drives with PSIM[C]. Proceedings of Electrica 便捷地实现、验证控制算法,只需对部分功能模块迸行替换 Machines and Systems, 2001, 2: 1061-1064 4]纪志成薛花沈艳霞.永磁同步电机调速系统的樸糊PⅠ智能控制 或修改,就可实现控制策珞的改换或改进,不仅可以节省控 新方法[电工技术学报,2003,18(6:53-58 制方案的设计周期,快速验证所设计的控制算法,更可以充「5Y. SJeon, H.S. Mok,G, H. Choe,cta. a new simulation model of 分利用计算机仿真的优越性,通过修改系统参变量或人为加 PMSM motor with rcal back EMF wavcform[C]. Procccding from 入不同扰动因素来考察不同实验条件下电机系统的动、静态 Computers in Power Electronics, 2000, 16-18: 217-220 C1994-2010chinaAcadcmicJOurnalElcctronicPublishingHousc.Allrightsrcscrved.http://www.cnki.nct 【实例截图】
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