基于MTPA的永磁同步电机的模糊控制

IPMSM调速系统中的简化模糊逻辑控制、目录、一、IPMSM介绍二、IPMSM调速系统的传统模糊控制三、IPMSM的MTPA控制四、结合MTPA的简化模糊控制五、仿真结果与分析六、结论、一永磁同步电动机(PMSM )根据永磁体的组装方式分为表面安装型PMSM和插入型PMSM (interiorpermanentmagnetsynchonousmotor，IPMSM )。 在IPMSM中，由于永久磁铁材料的磁导率接近空气磁导率，因此具有凸极效果，在结构凸极上产生附加的磁阻扭矩，在弱磁通的定功率区域具有更大的输出扭矩，因此IPMSM具有更宽的调速范围。 IPMSM的转子采用永久磁铁，没有绕组，控制的复杂性比异步电动机低，同时由于其自身的高功率密度和高效率，在电动轿车应用领域的发展前景非常广阔。 现在技术非常成熟的丰田“普锐斯”混合动力汽车的混合动力系统“ToyotaHybridSystem”，采用IPMSM作为驱动马达。 1、表面安装式、永久磁铁的体贴安装在转子的表面上。 2 .埋入安装式，永久磁铁的一部分或全部埋入转子。 3 .内置安装式，永久磁铁埋入转子内部。 旋转d-q轴坐标系下的IPMSM数学模型、vd、vq:d轴和q轴定子电压id、iq:d轴和q轴定子电流R:各相定子电阻Ld、Lq:d轴和q轴定子电感Te， TL:电磁扭矩和负载扭矩Jm:惯性力矩Bm:摩擦系数P:极对数r:转子旋转角速度f:连接固定转子的磁通，(2)、(1)、(3)、2、IPMSM调速系统的传统模糊控制是传统的模糊控制FLC比以往的控制器的鲁棒性高。 FLC可以应对任何复杂度的非线性情况。 FLC使用基于人类逻辑的语言规则。 FLC能处理非线性问题，所以认为负载中包含很多未知的非线性。 因此，负载特性：a、b、c是任意的常数，能够将式(4)代入式(2)，将式(4)、(5)、式(5)以增量形式：(6)、式(6)以采样周期ts离散化，汇总成、因此，电磁扭矩Te写为、(7)、(8) 因此，FLC控制器的输出iq*对电磁扭矩Te产生线性影响。 设定为(K=r*、Ke=20、Ki=10。 与w的模糊集(A-2，A-1，A0，A1，A2)对应的语言值，与A-2=NH，A-1=NL，A0=ZE，A1=PL，A2=PHE的模糊集(B-1，B0，B1)对应的语言值，B-1 C3)所对应的语言值是C-2=NH C-1=NL，C0=PL，C1=NC，C2=PM，C3=PH，r，e，iq*的成员资格函数，FLC所遵循的规则： ifrisPH(positivehigh )， IQ * isph (positive high ).ifriss pl (positive low ) IQ * ispm (positive medium ).ifri sze (zero ) andeisesps (positive )， IQ * ispl.ifri sze (zero ) andeisesn (negative ) IQ * isnc (no change ).ifri sze (zero ) ande isze (zero )，IQ * isnc (no ch 例如，在W=0.2的情况下：(PH)=0.5，(PL)=0.5，E=0.4的情况下：(PS )。 ifri SPH (正高) IQ * isph (正高).ifri spl (正低)、IQ * ispm (正中间) .重心法：IPMSM的传统FLC/id=0控制原理块最大扭矩电流比控制(maximumtorqueperampere，MTPA )的优点： (1)在给出定子电流的情况下，得到最佳的d、q轴电流分量，使电机输出电磁扭矩最大化。 (2)输出电磁扭矩为规定的情况下，使电动机输入电流最小。 MTPA控制可以在不影响输出扭矩的情况下降低电机铜消耗，提高运行效率，尤其是在汽车启动、加速和爬坡时降低电驱动系统的实际容量。id、iq、Ia的关系如下：将式(10 )代入式(3)，将Te导出到iq，将导数设为零时，(10 )、(11 )、式(11 )将、(12 )、解id :(13 )，将所得到的id代入式(3)，得到、(14 )。 因此，需要使用泰勒级数在零点附近展开根号。 以式(13 )、电动机实际参数：电动机参数为式(13 )、id :(15 )、iq=0.001进行泰勒级数展开，忽略高阶无限小增益：(16 )、式(16 )、(17 )可用于IPMSM的MTPA控制。 式(16 )引入式(3)，简化与(17 )、四、MTPA结合的模糊控制，简化模糊控制器的结构，能够简化的原因：传统的FLC加上MTPA控制，增加了控制器的计算负担。 随着必要的计算负担的导入，考虑到转速恶化的变化量e的FLC控制的提高效果可以无视。 简化后的变化： FLC成为转速的偏差r单输入，与传统的r和e双输入相比简化了。 简化的FLC从原始的PD调节器变成了p调节器。 减轻了控制器的计算负担，在应用中减少了对计算机计算能力的要求。 没有微分作用，不利于减少泛音。 设r、T*的成员函数为K=r*、Ki=10。 同样地，使用重心法来解决模糊。 简化FLC遵循的规则： ifri SPH (正高)、te * isph (正高).ifriss pl (正低)、te * ispm (正中).ifris nl (n isnl (负低).ifris NH (负高)、te * isnh (负高ri sze (zero )、te * isnc (无变更)是简化FLC/MTPA控制的IPMSM 基于模拟结果和分析，转速响应曲线FLC/id=0simplifiedFLC/MTPA、规定转速附近的转速波形FLC/id=0simplifiedFLC/MTPA、无负载时定子电流稳态波形FLC/id=0simplified f 时转速波形FLC/id=0simplifiedFLC/MTPA满载时定子电流波形FLC/id=0simplifiedFLC/MTPA，150%负载(3NM )转速波形FLC/id=0simplifiedFLC/MTPA，150%负载id=0简单FLC/MTPA，6，结论，简化FLC/MTPA比以往FLC/id=0更快准确地到达，能够追随规定的旋转速度，但是在规定的旋转速度附近，振荡频率高。 由于缺乏微分作用，简化FLC/MTPA的转速在成为稳态之前有更大的泛音。 但是，这种现象随着负荷变高而逐渐减弱。 在无负载时，简化的FLC/MTPA的定子电流的幅度更大，但随着负载增加，定子电流的幅度变得小于常规FLC/id=0控制。 简化FLC/MTPA控制能够承受比常规FLC/id=0控制更大的负载。