【嵌入式电机控制#进阶7】V/F强拖启动

一、V/F启动原理

        这种算法一般用于解决三步启动中的外同步加速启动问题。

        下面的内容节选自陈伯时老师的《电拖自控》教材。

       对于永磁同步电机的VF控制方法与上面所讲的类似，没有任何物理量的反馈，动态性能差，如果负载突变可能会产生失步和震荡问题，但是它算法简单，所以在低成本、对转速精度要求不高的无感中被广为使用。

        在PMSM控制中，VF强拖控制的逻辑如下图。

        （1）VF控制器：一个斜坡函数，使f和Us都同比增加

        （2）积分环节1/s：对霍尔频率换为电角速度积分后得到电角度

        （3）坐标变换：Clark和Park

        （4）SVPWM：矢量输出

二、控制系统仿真

        SVPWM开关管频率     Ts = 1e-4 Hz;
电机定子电阻            Rs = 0.53 Ω;
电机定子电感            Ld = 3.7e-5 H;
Lq = 3.7e-5 H;
电机极对数              Pn = 7;
电机磁链                Flux = 4.73e-4 Wb;
电机转动惯量            J = 1.95e-7 Kg·m2;
电机直流电压            Vdc = 12 V;
电机额定转速            N = 12540 rpm;
电机额定频率         Fn = 1463 Hz;

1. 控制器部分

        （1）输入

        给一个斜坡速度输入，斜率5000，并且后置限速1500

        (2)  根据转速换算为圈频率（注意，这里没用霍尔频率，但道理是一样的）

        （3）换算为电角速度

                你VF中的F是磁圈频率就乘2 * pi，如果是霍尔频率就乘 pi / 3

        （4）离散积分环节

                相当于周期为系数的累加，积分后就是电角度

        （5）电压补偿量计算

                开头说了，输入中高频时VF曲线线性程度较强

           但在低频会出现定子电流和漏感造成的非线性现象，所以我们需要在启动时进行人为补偿。

                若电机空载启动，定子电流等于空载电流

                若电机带载启动，

                计算定子压降和漏感压降：

                进行电压补偿：

                我们这里取补偿总量为1V：

             这样，控制算法部分就搭建完毕了！

2.  坐标变换和SVPWM（不详细说了）

3. 逆变电路和PMSM

4. 实验结果

        （1）电压输入曲线和电压补偿曲线

                                                              电压输入曲线

                                                                电压补偿曲线

        （2）电角度输入

                可以很明显看到，电角度曲线逐渐在变窄，说明换相加速了

        （3）相电流曲线

                可以看到，幅值和频率都在升高，很完美

             （4）电机电角度输出曲线

        可以看到，虽然刚开始有些震荡，但很快就趋于正常

            （5）转速响应曲线

                刚开始有高频震荡，随后跟随曲线

                （6）转矩响应曲线

                启动时转矩较大，因为电机需要加速，随后电机转速平稳，电流趋于稳定