永磁同步直线电机的矢量控制系统研究

矢量控制是通过解耦控制量与被控制量的关系，简化交流电机的强耦合达到类似直流电机的控制效果。本文研究永磁同步直线电机的控制，从较简化的模型开始，建立了永磁同步直线电机及其磁场定向矢量控制系统的模型。

【关键词】永磁同步直线电机 矢量控制 模糊PID控制

直线电机是近年来飞速发展的一种新型电机。在一些需要做直线运动的场合，传统的实现方式已不能满足控制系统的要求。直线电机能直接获得直线运动，省去中间的变换环节，给被控对象提供直线运动形式的推力，以获得单向或双向的有限可控位移。对于直线电动机而言，其中的永磁同步直线电机（Permanent Magnet Linear Synchronous Motor）利用高能永磁体，不但具有直线电机的优点，而且还有体积小、高可靠性、高效率等优点，在推力、速度、定位精度等方面也比其它直线電机有着更多的优势；再者，我国拥有非常丰富的稀土资源。因此，PMLSM越来越被业内人士所重视，将有很好的发展空间。

1 永磁同步直线电机的数学模型

2 矢量控制系统结构

矢量控制是交流电动机的一种理想调速方法。将其应用于永磁同步直线电动机的基本思想，就是利用电动机外部的控制系统，即通过外部条件对初级磁动势相对励磁磁动势的空间角度和初级电流幅值的控制，从而将永磁同步直线电动机模拟为他励直流电动机。永磁同步直线电动机在d-q坐标系下的数学模型实现了将电压、电流、磁链等变量的解耦，矢量控制就是建立在此模型基础上的。

PMLSM的矢量控制的目的是对电机初级电流的控制。由PMLSM数学模型中推力等式知，PMLSM的电磁推力大小基本上取决于初级直轴和交轴电流分量，在矢量控制方式下，采用了按动子磁链定向（id=0）的控制思想，使初级电流矢量位于q轴，无d轴分量，即初级电流全部用来产生转矩。此种控制方式较为简单。图2为永磁同步直线电机的磁场定向矢量控制系统框图。

该矢量控制系统为速度和电流双闭环，速度环采用了模糊PID速度控制器，电流环采用传统的PI控制器。采用这种外环为智能控制器，内环为传统控制器的多环控制结构主要是因为：一方面外环是决定系统性能的根本因素，而内环主要起改造对象特性以利于外环控制的作用，各种扰动给内环带来的误差可以由外环控制加以弥补或抑制；另一方面，外环采样频率比内环要低，这更有利于智能控制方法的实现。

3 结论

本文分析了永磁同步直线电动机的运行机理与特性，在提出假设的基础上，通过坐标变换分别得出了在a-b-C、α-β及d-q坐标系下的数学模型。并针对永磁同步直线电机的特性，给出了id=0时的平衡方程及电机简化模型。

参考文献

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作者简介

唐小利（1978-），男，浙江省杭州市人。现为西子电梯科技有限公司工程师。研究方向为自动控制。

作者单位

西子电梯科技有限公司 浙江省杭州市 310000