盤式永磁電動機電流優化控制
黃聲華 葛永強 萬山明 （華中理工大學武漢430074）
摘 要 盤式永磁電動機低速力矩大，具有直接驅動負載的能力，但要滿足高精度伺服系統的要求，必須有效地降低盤式永磁電動機的轉矩波動。文中提出一種基于瞬時功率法的盤式永磁電動機電流優化控制策略，可以顯著減小盤式永磁電動機轉矩波動，而且效率高。計算機仿真研究和實驗結果證明，提出的控制策略是可行的。
敘 詞 永磁電機電流控制優化伺服系統
1引 言
雙轉子盤式永磁電動機除了傳統永磁電動機的優點外，還有低速力矩大、效率高、結構簡單、軸向尺寸短、便于直接與驅動機械裝配成整體等優點。由于這種電機直接與負載連接，電機產生的轉矩波動直接作用在負載上，對負載的平穩運行影響較大，因此在高性能伺服系統中，必須盡量減小這種電機的轉矩脈動，以求獲得高質量的伺服特性。
通常盤式永磁電動機的反電勢既非正弦波也非標準梯形波，無論采用正弦波電流還是方波電流驅動方式均不可避免會產生較大的轉矩脈動。為了解決這一矛盾，近年提出了優化電流波形的方法以減小轉矩脈動[2]。這些方法利用富氏級數分解計算轉矩脈動分量，進而采用多重疊代法或最小方差法求出相應的優化電流波形，映點是計算量大，在實時控制系統中實現很困難，因此有必要探索一種優化電流波形的新方法。
“瞬時無功理論”在電力系統諧波削除技術中已得到了充分肯定，本文基于該理論提出了一種優化電流波形的新控制策略，采用這種控制策略可以適應永磁電動機任意波形的反電勢，不僅能大大減小永磁電動機的轉矩脈動，而且能使電機繞組的損耗最小。仿真研究和實驗結果證實了本文提出的控制策略是可行和有效的。
2電流優化控制策略
為了便于尋找轉矩脈動為零的電流優化控制策略，首先在坐標系中建立電機的瞬時功率平衡關系式：
式中p、q分別是永磁電機瞬時輸出有功功率和無功功率，eα、eβ是電機反電勢，iα、iβ是電機等效繞組電流。若是已知永磁電機任一時刻的反電勢，即可求出對應時刻的電機電流瞬時值：
盤式電機定子三相繞組采用y形無中線接法，沒有零序分量電流，電機的電磁轉矩t。與電機輸出有功功率的關系為：
式中叫是盤式永磁電機轉子旋轉角速度，該電機的反電勢則是轉子旋轉角速度甜和轉子位置角θ的函數：
將式(3)與式(4)代人式(2)可求出與電機電磁轉矩丁。和轉子位置角θ相關的電流瞬時值表達式：
式(5)表明，電機電流瞬時值還與電機瞬時無功功率有關，在非弱磁調速要求的條件下，可令永磁電機的瞬時無功功率為零，這不僅簡化了電流表達式，而且使電機定子繞組銅耗最小，于是有：
上式表明，在給定電磁轉矩前提下，電機電流僅僅是轉子位置角的函數，因此只要測出永磁電機任一轉速的反電勢波形e(θ)，由式(4)求出相應的反電勢波形系數f（θ），就可以很方便地求出任意轉速下無轉矩脈動的電流瞬時值，再通過park反變換，即可求出永磁電機定子三相繞組電流瞬時值：
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