永磁同步电机在宽范围内进行调速主要有两种运行方式:其一是高速时的弱磁调速系统;其二是具有直流母线电压控制电路并由脉宽调制(PWM)逆变器驱动PMSM的调速系统,该系统由用来控制直流母线电压的升压电路和传统的PWM逆变器组成,由其驱动的内置式永磁同步电动机(IPMSM)可实现宽调速。前者是传统的方法,由于要靠附加的直轴电流来去磁,会增加铜耗。而后者是一种新型的解决方法,主要有以下优点:不需要额外的直轴电流来去磁,不会产生附加的铜耗;可以使PMSM运行在恒转矩区域,增加了电机的出力;高速运行时若逆变器发生故障,高速旋转的永磁磁场产生的反电动势幅值会保持在直流母线电压以下,系统不会出现严重的损害。
PMSM调速系统中许多调节器通常采用比例积分(PI)调节器。PI控制算法简单,有一定的控制精度;但是系统往往是非线性、时变的,常规PI控制往往不能达到理想的控制效果。而模糊控制具有不依赖于系统模型参数、鲁棒性强的特点。本文综合PI控制和模糊控制两者的优势,通过分析具有升压电路并由PWM逆变器驱动的IPMSM调速系统的结构和特性,针对转速、直流母线电压的控制要求,提出一种模糊PI复合控制的方法,确保系统具有良好的动、静态特性。
本文以IPMSM为研究对象,详细阐述了IPMSM带有升压电路调速系统的控制策略,使用数字信号处理器(DSP)TMS320LF2407-A控制芯片设计了控制系统的硬件系统和软件系统,并通过对整个控制系统的实验调试,实现了对基于模糊PI控制具有升压电路的永磁同步电机调速系统的控制。通过考虑电池电流以及永磁同步电机电压和电流的限制条件,在电机直轴电流-交轴电流(id-iq)平面上绘出了IPMSM运行时的最大转矩/电流的运行轨迹。通过仿真和实验,可以证明这种基于模糊PI复合控制、具有升压电路的永磁同步电机调速系统的可行性及其良好的动、静态特性。由于它比传统的IPMSM弱磁运行有许多的优势,所以可以替代IPMSM弱磁运行来实现平滑宽调速的目的。这种系统特别适用于电动汽车那种由电池供电并要求宽调速运行的场所。
