【摘要】：永磁同步電機交流伺服系統(tǒng)非常適用于對精度要求較高的驅動場合,這些場合要求電機的定子電流波形平滑度高、轉矩脈動小。但由于逆變器具有很強的非線性并且PMSM運行時氣隙磁場會產生畸變,導致PMSM的定子電流中含有大量的高次諧波并且引發(fā)較大的轉矩脈動。因此,研究抑制諧波電流的控制策略,對于提高控制系統(tǒng)的性能十分重要。首先,分析了PMSM諧波電流產生的原因;建立了考慮諧波電流的PMSM數(shù)學模型;研究了抑制諧波電流的控制方法。針對傳統(tǒng)電壓補償法采用低通濾波器來提取直流量,動態(tài)響應時間較長、穩(wěn)態(tài)誤差較大的問題,提出采用閉環(huán)電流平均值法來提取直流分量,提高了系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)定性。但是基于閉環(huán)電流平均值法的電壓補償法需要進行四次坐標變換及六個PI控制器來調節(jié)參數(shù),計算過程及參數(shù)調節(jié)較為復雜。為了降低算法復雜度,采用基于級聯(lián)型二階廣義積分器的電壓補償法,將級聯(lián)型二階廣義積分器與電流環(huán)PI控制器并聯(lián),利用級聯(lián)型二階廣義積分器提取出d、q軸電流中的6次諧波,該方法不需要進行坐標變換并且PI調節(jié)器減少為兩個,降低了系統(tǒng)的運算量,節(jié)省了存儲空間。其次,對兩種電壓補償算法進行仿真研究,對電流與轉矩頻譜進行分析,采用基于閉環(huán)電流平均值法的電壓補償法,A相電流總THD由9.05%下降到5.28%,6次轉矩脈動由0.094Nm下降到0.044Nm;采用基于級聯(lián)型二階廣義積分器的電壓補償法,A相電流總THD由9.05%下降到2.85%,6次轉矩脈動由0.094Nm下降到0.017Nm。仿真結果驗證了兩種電壓補償算法的有效性。最后,將兩種電壓補償算法分別在PMSM伺服驅動實驗平臺上進行驗證,對相電流波形及頻譜進行分析,得到了以下結論:采用基于閉環(huán)電流平均值法的電壓補償法,5次諧波幅值占基波的百分比由45%下降到30%,7次諧波幅值占基波的百分比由42%下降到26%;采用基于級聯(lián)型二階廣義積分器的電壓補償法,5次諧波幅值占基波的百分比由45%下降到24%,7次諧波幅值占基波的百分比由42%下降到22%。實驗結果證明這兩種電壓補償算法都可以對有效地抑制電流諧波。
【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM341
【圖文】：

型的建立大、調速性能好，得到了日益廣泛的應用，導致 PMSM 在運行時相電流中會產生大量紹了 PMSM 在不同坐標系下的數(shù)學模型，立了考慮 PMSM 電流諧波的數(shù)學模型，為模型的建立建立建立常用到三種坐標系，分別是abc坐標系系統(tǒng)進行分析時，需要進行不同坐標系之間幅值恒定或功率恒定的Clarke和Park 變換 坐標系間的變換(Clarke變換)：

6（2） 坐標系與dq坐標系間的變換(Park 變換)如圖 2-2 所示：圖2-2 坐標系與dq 坐標系間的變換Fig.2-2 Transformation between Coordinate System anddq Coordinate System兩相旋轉坐標系中的分量設為dx 、qx ，根據(jù)圖 2-2 得到兩坐標系之間變換公式如式（2-3）和（2-4）所示：cos sinsin cose ee edqxxxx （2-3）cos sinsin cose ee edqxxxx （2-4）式中：e —— 電機的電角速度/rad/s；e —— 電機的電角度/rad，且e=e t。由公式（2-1）和（2-3）可以得到abc坐標系到dq坐標系的恒幅值變換矩陣如式（2-5）所示： cbaeeeeeeqdxxxxx)32)sin(32sinsin()32)cos(32coscos( （2-5）2.1.2 PMSM 數(shù)學模型的建立PMSM 的數(shù)學模型就是電壓、電流、磁鏈等各個物理量之間的數(shù)學關系，為了得到簡化的數(shù)學模型需對 PMSM 進行假設使其成為理想電機，一般假設如下：（1）永磁體的磁路不發(fā)生飽和，假設為線性磁路；（2）定子繞組成 Y 形連接，三相繞組各差 120 ；（3）忽略磁滯損耗和渦流效應。在abc坐標系下，PMSM 電壓方程如式（2-6）所示：

圖 2-5 三相全橋逆變電路Fig.2-5 Three-phase Full Bridge Inverter Circuit~V6—— 功率器件 IGBT；D1~VD2—— 反并聯(lián)二極管；、B、C —— 等效三相繞組。況下，驅同一個橋臂上下兩個功率器件的動信號是互補信號，但實際的的導通關斷時間，通常導通時間小于關斷時間，若同一橋臂一個功功率管導通，此時兩個功率管都導通，此時直流母線電壓過大、功為了避免兩個功率器件同時導通，必須加入一定的死區(qū)時間，使一件先關斷后導通。死區(qū)時間的不斷累積會導致輸出電壓中產生很大的路中還要考慮開關管管壓降和并聯(lián)續(xù)流二極管的導通壓降，由于死區(qū)的存在使得逆變器輸出電壓與輸入電壓存在一定的偏差，導致輸出的從而造成相電流畸變及較大的轉矩脈動。

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本文編號：2793316