两相静止坐标系下永磁同步电机解耦矢量控制装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种永磁同步电机矢量控制装置及方法。
【背景技术】
[0002] 永磁同步电机具有体积小、重量轻、功率因数高、效率高、电磁转矩波动小、转速平 稳、磁通密度高、动态响应快、过载能力强、可靠性高、结构多样化、应用范围广等优势，在目 前节电、环保意识日益增强的大背景下，发展前途一片光明。
[0003]众所周知，对电机的有效控制关键是对电磁转矩的有效控制，永磁同步电机伺服 系统是一个多变量、非线性、强耦合的非线性系统，其电磁转矩并不像直流电机那样与电枢 电流成正比，控制相对较复杂。上世纪70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电 机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题，后被拓展应用到永磁同步电机上。其基本 原理是将交流电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转矩 的电流分量（转矩电流）并分别加以控制，同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电 流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。简单的说，矢量控制就是将磁链与转矩解 耦，有利于分别设计两者的调节器，以实现对交流电机的高性能调速。这样就可以将一台交 流电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。矢量控制算 法已被广泛地应用在Siemens，ABB，Allen-Bradley，GE，Fuji等国际化大公司的变频器上。
[0004]但是，矢量控制需要进行旋转坐标变换和反变换，以实现励磁电流分量和转矩电 流分量的解耦控制，这在一定程度上使得控制系统变得复杂，以致在某些低成本的控制器 上难以实现，使得高性能变频器成本一直居高不下。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种两相静止坐标系下永磁同步电机解耦 矢量控制装置及方法，可大大降低对控制器的性能需求，从而进一步降低变频器成本。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种两相静止坐标系下永磁同步 电机解耦矢量控制装置，包括转速比较器、转速控制器、合成器、0轴电流比较器、a 轴电流比较器、电流控制器、ia电流控制器、SVPWM模块、电压源逆变器、永磁同步电机 (PMSM)、位置传感器、Clark变换和位置微分模块。
[0007]所述的转速比较器将转速给定值￡<与转速反馈值作差处理后，经转速控制器 产生电流矢量幅值指令|<|，在合成器中，|i：|结合转子位置角和永磁同步电机控制策 略产生a轴和0轴指令电流。和6，ia电流控制器和ip电流控制器分别对a轴和0轴 指令电流^和$构成闭环控制，并分别产生a轴和0轴电压控制量Uc^Pup，经由SVPWM 模块和控制电压源逆变器控制永磁同步电机的运转；所述的Clark变换模块将永磁同步电 机的A、B两相电流变换为a轴和0轴电流分量1和1 所述的位置传感器实时检测永 磁同步电机转子位置，为合成器和SVPWM模块提供转子位置信息，同时经过位置微分 模块，得到电机的转速反馈值。
[0008] 本发明还提供一种两相静止坐标系下永磁同步电机解耦矢量控制方法，包括以下 步骤：
[0009] 第一步：控制器读取转速指令信息叫；
[0010] 第二步：控制器读取位置传感器数据L，并经微分模块进行微分操作，获得实际 转速信息
[0011] 第三步：将转速指令信息< 与实际转速信息经转速比较器作差；
[0012] 第四步：将上一步的结果送入转速控制器，生成电流矢量幅值指令|<|;
[0013] 第五步：根据|^|、转子位置角吣以及永磁同步电机类型，合成器计算生成 a轴和e轴指令电流G和
[0014] 第六步：控制器读取A、B两相电流并经Clark变换变换为a轴和0轴电流分量 ia和iP;
[0015] 第七步：将第五步得到的€、$和第六步得到的ia山分别经a轴电流比较器和 0轴电流比较器，产生每个变量的误差信号；
[0016] 第八步：第七步得到的误差信号分别经由ia电流控制器和ie电流控制器后，产 生a轴和0轴控制电压分量Ua和uP;
[0017] 第九步：基于电压分量ua、up和转子位置角0ySVPWM模块产生6路PWM波，用 于控制电压源逆变器，进而控制永磁同步电机的运转。
[0018] 本发明的有益效果是：
[0019] 1)简化了传统永磁同步电机矢量控制系统的结构，减少了计算量；
[0020] 2)使得永磁同步电机矢量控制可在更为低性能低成本的控制器上实现，可从总体 上降低变频器成本，有利于永磁同步电机矢量控制变频调速系统的大规模普及应用。
【附图说明】
[0021] 图1为两相静止坐标系下永磁同步电机解耦矢量控制结构框图。
[0022] 图中，1一转速比较器，2-转速控制器，3-$合成器，4一 0轴电流比较器，5- a轴电流比较器，6-ip电流控制器，7-ia电流控制器，8-SVPWM模块，9一电压源逆变器 (VSI)，10-永磁同步电机（PMSM)，11 一位置传感器，12-Clark变换，13-位置微分模块。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施 例。
[0024]如图1所示，系统包括转速比较器1、转速控制器2、G^合成器3、0轴电流比较 器4、a轴电流比较器5、ip电流控制器6、ia电流控制器7、SVPWM模块8、电压源逆变器 (VSI) 9、永磁同步电机（PMSM) 10、位置传感器11、Clark变换12、位置微分模块13。
[0025] 转速给定值与转速反馈值由转速比较器1作差处理后，经转速控制器2产 生电流矢量幅值指令|<|，|/：|结合转子位置角吣和永磁同步电机控制策略产生a轴和0 轴指令电流G和〇，然后分别经ia电流控制器7和ie电流控制器6对这两个变量构成闭 环控制，并分别产生a轴和0轴电压控制量Uc^Pup，经由SVPWM模块8,控制电压源逆变 器（VSI)9,进而控制永磁同步电机（PMSM)IO的运转，实