В данной работе рассматривается метод управления синхронным двигателем с постоянными магнитами (СДПМ), который заключается в использовании прогнозирующей модели управления (ПМУ), позволяющей регулировать токи и скорость двигателя с заданной точностью.

Ключевые слова: синхронный двигатель, постоянные магниты, компенсация тока, прогнозирующая модель, трехфазный инвертор.

Синхронные двигатели с постоянными магнитами (СДПМ) широко исследованы и нашли применение в промышленном оборудовании, бытовых приборах, электромобилях, а также аэрокосмической технике [1]. По сравнению с асинхронными двигателями обладают преимуществами более высокого КПД при одинаковых конструкциях статора, а также при условии, что двигатели управляются одним и тем же частотным преобразователем [3].

Рис. 1. Схема трехфазного инвертора для синхронного двигателя с постоянными магнитами (СДПМ)

Также у СДПМ лучший показатель мощность/объем по сравнению с другими двигателями [3].

Существует довольно большое разнообразие методов управления синхронными двигателями, которые обладают своими достоинствами и недостатками. Остановим внимание на методе с использованием прогнозирующей модели управления, учитывая то, что новые разработки в данной области позволяют обратить пристальное внимание на плюсы этого метода, такие как относительная простота схемы реализации обратной связи, а также хороший уровень адаптивных свойств [2]. Данный метод управления динамическими объектами базируется на математических методах оптимизации.

Рис. 2. Схема управления СДПМ при помощи прогнозирующей модели управления (ПМУ)

На рис. 2. изображена схема управления синхронным двигателем с постоянными магнитами. Источником питания для двигателя является трехфазный инвертор, в качестве ключей использующий полевые транзисторы. На затворы транзисторов подаются управляющие сигналы, поступающие с блока управления (БУ), которые формируются прогнозирующей моделью на основе данных обратной связи и эталонной скорости вращения ротора двигателя v_эт, которая задается разработчиком. По ветвям обратной связи на входы БУ поступают компоненты статорного тока i_d и i_q, которые получены преобразованием трехфазного тока при помощи блока преобразования (БП) методами преобразования Кларка и Парка. На оставшиеся входы подаются угол положения ротора θ, измеренное значение скорости вращения ротора v_изм, а также угловая скорость вращения ротора двигателя ω_р. При моделировании двигателю задается момент сопротивления движению T_с.

Моделирование СДПМ в пакете Simulink/Matlab показывает, что по сравнению с распространенным векторным управлением при управлении двигателя с помощью прогнозирующей модели можно достичь меньшего уровня скачков трехфазного тока при запуске двигателя, а также меньших искажений тока в установившемся режиме [1].

Рис. 3. Трехфазный ток двигателя под управлением ПМУ (а), при векторном управлении (б)

На рис. 4. изображен график изменения скорости вращения ротора, включающий в себя пусковой режим и режимы переключения скорости, а также график измеряемой скорости при заданном эталонном значении 1000 об/мин [1]. Результаты моделирования показывают, что измеряемая скорость вращения ротора двигателя в установившемся режиме близка к эталонной скорости 1000 об/мин, отличаясь от неё не более чем на 1 об/мин.

Рис. 4. Скоростные характеристики при разных эталонных скоростях. Полный график изменения скорости до 1000 об / мин (а). График при скорости двигателя 1000 об / мин (б).

Литература:

1. Meiling Tang, Shengxian Zhuang, 2018. "On Speed Control of a Permanent Magnet Synchronous Motor with Current Predictive Compensation«, Energies, MDPI, Open Access Journal, vol. 12(1), pages 1–15, December.
2. Шайхутдинов Д. В., Дубров В. И., Леухин Р. И., Наракидзе Н. Д., Щучкин Д. А., Январев С. Г. К Выбору типа регулятора для решения задачи управления электромагнитным приводом // Фундаментальные исследования. — 2015. — № 10–1. — С. 107–116.
3. Левкин Д. Синхронный двигатель с постоянными магнитами // engineering-solutions.ru: Инженерные решения. URL: https://engineering-solutions.ru/motorcontrol/pmsm/ (дата обращения: 18.06.2019).