基于新型PWM整流器的交流伺服系统研究

摘要

永磁同步电机交流伺服系统以其优越的性能，正在获得越来越广泛的应用。但是由于传统的永磁同步电机交流伺服系统在电网侧采用的普通二极管整流电路，不能实现能量的双向流动，既给电网造成了很大污染，也造成了能量的浪费。
　　 而PWM整流器的出现改变了这一状况，由于使用了可以随意开通和关断的MOSFET或者IGBT，因此能够实现能量在整流器两侧的双向流动。将PWM整流器应用于交流伺服系统，使得处于制动状态的电机可以将再生能量反馈给电网，而且还能维持交流侧电流波形正弦化，使整流器工作在单位功率因数状态，减小对电网的污染。
　　 本文提出基于PWM整流器滑模变结构控制技术的永磁同步电机交流伺服系统控制策略，以满足伺服系统永磁同步电机在制动状态下能量回馈的要求。由于滑模变结构控制策略鲁棒性和快速性都很强，在电网侧采用这种控制策略，可以使PWM整流器的在单位功率因数稳定运行，并且保持直流侧电压的平稳性；在电机侧采用PWM逆变器，将其与永磁同步电机视为一个整体，采用矢量控制策略，产生圆形的旋转磁场，实现永磁同步电机的高性能控制。通过直流母线，将PWM整流器和电机侧PWM逆变器耦合，构成了双PWM变流器控制结构来控制永磁同步电机运行于各种状态。
　　 使用Matlab仿真软件搭建了系统模型，验证方案的可行性。整个仿真模型包括电网侧PWM整流器的控制结构模型和电机侧对永磁同步电机进行矢量控制的模型。进行了电机四象限运行情况下的仿真实验，对电机突然反转，突加负载等情况都进行了实验。实验结果表明：电网侧变流器基本工作于单位功率因数，且电流很好的实现了正弦化，直流电压很快达到了给定值切基本保持平稳，电机在初始运行中转速、转矩均很快达到给定值，而且突加负载转矩以及反转时也很快趋于稳定，而且波动较小。