电梯用PMSM控制系统研究

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随着高层建筑以及超高层建筑的不断兴起,电梯已经成为高层建筑中必不可少的垂直运输工具。针对不同时期内电梯曳引机的机械结构特点及电机拖动方式的深入调研可以看出不同种类的电梯能耗有很大的区别。随着电梯的产量与保有量的不断增长,电梯的节能问题也受到人们的关注。通过对不同类型的电梯能耗进行对比分析得出,对于不同机械结构的电梯曳引机来说,无齿轮曳引机的机械传动效率高能耗相对较低。在曳引电机控制方面,变压变频控制下的电梯节能效果明显。因此采用无齿曳引机变压变频调速控制方式可以最大限度的从电梯耗能的源头降低能源消耗。在电梯运行中要综合考虑乘客舒适度与候梯时间,保证乘客舒适平稳的且在较短的时间内达到指定楼层。因此在设计电梯速度曲线时根据电梯的运行特点与性能要求采用抛物线型的电梯速度曲线。通过对电梯稳定运行时的牵引力受力分析与电梯的负载机械特性的研究可以得出电梯的负载转矩变化频繁,转速调节范围广。由于永磁同步电机具有低速、大转矩等优越性能,因此更适用于电梯曳引电机。通过对永磁同步电机电机进行解耦,建立d轴电流为零的永磁同步电机矢量控制系统数学模型。为了使电梯运行时减少抖动,在电机变频控制方式的选择上,采用电压空间矢量(SVPWM)控制方式。由于该控制方式下的定子磁链抖动小,因此有利于电梯的平稳运行。通过MATLAB/Simulink仿真软件建立SVPWM仿真模型可以得出,该控制方式下的电机定子磁链抖动小、直流电压利用率高、谐波污染小等优异性能。通过电流滞环(CFPWM),正弦脉宽调制(SPWM)、电压空间矢量(SVPWM)控制系统的对比仿真还可以得出SVPWM控制方式下的转矩与转速平稳,定子磁链轨迹圆滑。因此SVPWM最适宜作为电梯用永磁同步电机调速控制系统的变频方式。PI控制算法在控制领域中应用成熟,可靠性强。为了提高电梯运行时的快速性,降低调速控制系统对电机模型的依赖性,采用模糊PI参数自整定控制算法以弥补PI控制算法鲁棒性与快速性的不足。通过对电机施加恒速输入信号,从仿真结果可以看出电梯的超调量降低,上升时间与稳定时间减少,电机的速度动态性能得到改善。通过基于抛物线型的电梯速度曲线仿真研究可以看出电梯能快速稳定的按照输入信号运行,控制效果理想。根据仿真实验结果可以得出模糊PI参数自整定控制算法运用于电梯调速控制系统是有效的和可行的。利用Myway硬件设备与PE-VIEW8电力电子开发环境搭建电梯用PMSM调速系统实验平台。在测速环节对速度速误差信号产生原因进行分析并进行处理从而消除了该误差,从而保证电机的控制精度。同时该方法也消除了控制系统对速度反馈误差的误判,使系统更稳定。在控制程序设计环节中,考虑系统速度环与电流环计算周期短,CPU时钟频率有限需要简化模糊PI算法。根据简化的算法建立程序流程图,使该控制算法运用于电机调速控制系统中,从而提高该智能算法的实用性与调速性能。通过对电机转子位置角的检测与精确定位、编码器速度误差信号的消除、模糊PI参数自整定控制算法的改进三个方面对于研究电梯PMSM调速控制系统具有实用与研究价值。
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