基于稀土永磁无刷直流电机的双闭环控制方式比较研究

许亚星，王晓航，漆旭平，李庆楠

(中国航空计算技术研究所,陕西 西安 710065)

0 引言

随着科技的日益发展,稀土永磁无刷直流电机得到了越来越广泛的应用,无刷直流电机闭环控制技术得到更深入的研究。无刷直流电机闭环控制技术包括速度单闭环控制和速度电流双闭环控制[1],速度电流双闭环控制又包括母线电流闭环控制、最大相电流闭环控制和平均相电流闭环控制。速度电流双闭环控制相比速度单闭环控制具有明显优势[2],本文对速度电流双闭环控制的三种方式通过仿真进行对比分析,对无刷直流电机的速度电流双闭环控制具有一定参考意义[3]。

1 系统建模

无刷直流电机转速电流双闭环控制的原理为将电机转速反馈给转速调节器参与控制,转速调节器的输出为电流调节器的给定,然后将母线电流或相电流反馈给电流调节器,最终输出控制电机运转的电流,通过控制电流大小,实现对无刷直流电机的电流和转速的闭环控制[4]。转速电流双闭环控制原理如图1所示。

母线电流反馈和相电流反馈的区别在于母线电流闭环控制是将母线电流反馈给电流调节器进行控制,而相电流是将三相电流取最大值或平均值反馈给电流调节器参与控制[5],两种闭环控制的电流选择方式如图2所示。

图2 母线电流闭环和相电流闭环的电流选择方式

在此基础上,分别对母线电流闭环控制、最大相电流闭环控制、平均相电流闭环控制进行建模仿真,模型搭建如图3所示。

2 仿真结果

通过模型对三种闭环控制方式的转速和电流进行仿真,结果如图4所示。图4中,从左到右依次是母线电流、最大相电流、平均相电流的转速和电流波形。

图4 MQTT流程图

图4 三种转速电流双闭环控制的转速和电流波形

3 结果分析

由仿真结果可以看出,转速电流双闭环在电流幅值和转矩脉动上均有较好的控制效果,也具有更好的速度动态响应;相电流闭环相较母线电流闭环来说,对电流幅值和稳定性的控制效果更好。最大相电流闭环由于控制的是相电流的最大值,使得相电流和母线电流的幅值均比较小,电流稳态波动转矩脉动也更小,但由于对相电流幅值抑制较大,损失了电机速度的动态响应[6]。平均相电流闭环控制的对象是三相电流的平均值,它具有较小的稳态电流误差,虽然对电流幅值的控制力较弱,在调速性能上具有快速动态响应和更小的稳态误差。

4 结论

转速单闭环和转速电流双闭环控制方式各有优缺点,转速电流双闭环控制的三种方式控制效果也不相同。本文通过对三种双闭环控制方式的效果进行对比分析,为工程应用中无刷直流电机闭环控制方式的选择提供参考。