雙三相永磁同步電機(jī)雙電機(jī)矢量控制綜述

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 雙三相永磁同步電機(jī)矢量控制技術(shù) 開(kāi)題報(bào)告 1. 課題來(lái)源及研究目的和意義 多電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為運(yùn)動(dòng)控制研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容之一，廣泛應(yīng)用于地 鐵，機(jī)車牽引，擠壓機(jī)組，機(jī)器人等應(yīng)用場(chǎng)合。而要推出性能優(yōu)良的機(jī)車牽 引，機(jī)器人等工業(yè)驅(qū)動(dòng)以及綜合電力艦船系統(tǒng)就需要解決同一直流母線電源 和同一逆變器供電的多臺(tái)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行問(wèn)題 1。 在過(guò)去的二十多年，越來(lái)越多的研究人員關(guān)注研究多相電機(jī)，因?yàn)槎嘞?電機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)的三相電機(jī)存在諸多的顯著優(yōu)點(diǎn)，包括：減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，降 低直流母線電流諧波含量，潛在的高效率，降低各相功率，由于較高的容錯(cuò) 能力大大提高可靠性 2 。最常見(jiàn)

2、的一種多相電機(jī)是雙三相電機(jī) 3 ，而雙三相永 磁同步電機(jī)是目前研究較為廣泛的一種多相電機(jī)，與傳統(tǒng)的三相電機(jī)相比， 雙三相電機(jī)將基波電流產(chǎn)生的最低次諧波磁勢(shì)提高到了 11 次，消除了對(duì)電機(jī) 性能影響最大的 5 次、7次諧波磁勢(shì)， 大大減少了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)， 提升了電 機(jī)性能 4 。所以我以雙三相永磁同步電機(jī)為例來(lái)研究多相電機(jī)的多電機(jī)串聯(lián)控 制。 多相電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制策略中，最具影響力和代表性的是基于空間矢量解耦 的矢量控制。矢量控制方式的實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，分別 對(duì)速度，磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過(guò)控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電 流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦

3、控制。簡(jiǎn)單的 說(shuō)，空間矢量控制就是通過(guò)坐標(biāo)變換將交流電機(jī)模型等效為直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn) 磁鏈與轉(zhuǎn)矩解耦，有利于分別設(shè)計(jì)兩者的調(diào)節(jié)器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)的高性 能調(diào)速。所以對(duì)雙三相永磁同步電機(jī)空間矢量控制技術(shù)的研究具有一定的研 究意義。 2. 國(guó)內(nèi)外雙三相電機(jī)矢量控制技術(shù)的歷史和現(xiàn)狀 1995 年 Yifan Zhao 和 T.A.Lipo 等人從向量空間解耦的角度構(gòu)造了相移 30雙三相感應(yīng)電機(jī)的變換矩陣 5 。該方法通過(guò)適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)變化，將自然坐標(biāo) 系下六維空間中的變量映像到新基下的六維空間，新的一組基形成三個(gè)相互 正交的二維子空間，從而可以在每個(gè)子空間中分別進(jìn)行控制，而且每一個(gè)子 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海

4、）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 空間中的分量對(duì)應(yīng)于電機(jī)變量中一定次數(shù)的諧波。湖南大學(xué)的歐陽(yáng)洪林和成 蘭仙等人基于此種方法建立了雙三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，但其研究 對(duì)象主要為隱極電機(jī)，使得電機(jī)模型簡(jiǎn)化，不具備代表性。 2003年 Nelson、Wu和1997年 Aghaebrahimi等人則從雙繞組的角度分別 建立了雙三相感應(yīng)電機(jī)和同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 6,7 。他們把雙三相電機(jī)看成是 兩個(gè)三相電機(jī)的組合，用分析三相電機(jī)的方法來(lái)分析六相電機(jī)。所選用的變 換矩陣為兩個(gè) Clarke 變換矩陣或 Park變換陣的組合。 這種變換方法一般稱為 雙 d-q 變換。上海海事大學(xué)的謝衛(wèi)、黃家圣以及哈爾濱工程

5、大學(xué)的張敬南、 劉勇、叢望基于這種方法對(duì)六相永磁同步電勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了建模分析，并 利用 MATLAB/SIMULINK 軟件建立了其仿真模型，對(duì)其性能和參數(shù)影響做 了系統(tǒng)的研究，但是所建立的數(shù)學(xué)模型不精確，仿真效果并不理想。 Wu 將推 導(dǎo)出的同步電機(jī)模型標(biāo)么化處理后，得到了雙三相同步電機(jī)的等效電路圖。 范子超等人在此基礎(chǔ)上運(yùn)用戴維南定理，提出了與普通同步電機(jī)完全等效的 單繞組模型，并用理論分析和電壓諧波分別證明和驗(yàn)證了等效模型的正確性。 最后，仿真結(jié)果再次驗(yàn)證了等效模型，并從起動(dòng)過(guò)程、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、定轉(zhuǎn)子電 流等方面與普通同步電機(jī)做了對(duì)比。 2009 年趙興濤以六相雙 Y 移 30繞組永磁同步

6、電動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象， 詳 細(xì)分析了其數(shù)學(xué)模型和工作原理，提出了一種新的控制方法，并最終開(kāi)發(fā)出 一套高性能、高可靠性的雙三相永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)在多 相電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究領(lǐng)域具有一定的理論和實(shí)踐意義 8 。 2010年1月孟超研究了雙 Y 移 30永磁同步電動(dòng)機(jī)電壓空間矢量脈寬調(diào) 制（pulse width modulation，PWM）技術(shù)的 2 種矢量選擇方式，提出一種新穎的 空間矢量過(guò)調(diào)制技術(shù) 9 。過(guò)調(diào)制區(qū)域根據(jù)調(diào)制度分為 4 種模式。在過(guò)調(diào)制方式 和中，對(duì) z1-z2 電壓平面上的電壓矢量采用不同的優(yōu)化策略。 依據(jù)電壓輸 出矢量自身的特性，提出了一種易于 DSP 實(shí)現(xiàn)的尋找次

7、優(yōu)解的方法。為進(jìn)一 步提高直流母線電壓利用率，過(guò)調(diào)制方式和采用兩電壓矢量調(diào)制，不再 對(duì) z1-z 電壓平面上的電壓矢量進(jìn)行優(yōu)化。他通過(guò)仿真計(jì)算，對(duì)輸出電壓的波 形和諧波成分進(jìn)行分析。構(gòu)造基于低功耗定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器 TMS320F2812 的 7.5kW 雙 Y 移 30 永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了提出方法的 正確性和可行性。 2010年 6月楊金波針對(duì)相移 30Y 型連接雙三相永磁同步電機(jī)， 分別采 用雙 d-q 變換和矢量空間解耦的方法建立了電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 10 。前者從兩套 三相子系統(tǒng)的角度給出了電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式以及兩套繞組之間存在的耦合關(guān) 系，后者則揭示了不同的電流諧波分量

8、對(duì)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的不同的作用 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 根據(jù)兩種不同的模型搭建了兩套雙三相永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì) 兩種控制策略的比較分析，指出了兩者之間的內(nèi)在聯(lián)系和在控制效果上的等 價(jià)性。開(kāi)環(huán)的仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)兩種建模方法的一致性進(jìn)行了驗(yàn)證，而閉環(huán)的仿真 和實(shí)驗(yàn)結(jié)果則表明兩種矢量控制方案在相同的控制參數(shù)下具有一樣的控制性 能。 2012年劉陵順，張海洋，苗正戈1研究了 SVPWM 控制 2臺(tái)雙 Y 移 30 PMSM 串聯(lián)系統(tǒng)。一定數(shù)量的多相電機(jī)通過(guò)適當(dāng)?shù)南嘈蜣D(zhuǎn)換規(guī)則串聯(lián)起來(lái)， 使得該系統(tǒng)可以由 1 臺(tái)逆變器供電而實(shí)現(xiàn)對(duì)所有串聯(lián)電機(jī)的獨(dú)立控制。以 1 臺(tái)逆變器驅(qū)動(dòng)

9、 2 臺(tái)雙 Y 移 30 PMSM 的串聯(lián)為例，給出了串聯(lián)系統(tǒng)的工作原 理，為實(shí)現(xiàn)兩電機(jī)的解耦運(yùn)行，提出了一種新穎的 SVPWM 控制串聯(lián)系統(tǒng)的 方法。分析了 SVPWM 基本原理的具體實(shí)現(xiàn)方法。 在 Matlab/Simulink 環(huán)境下， 結(jié)合 id=0 的矢量控制策略，對(duì)電機(jī)的變載，變速運(yùn)行進(jìn)行了分析，驗(yàn)證了所 提出的 SVPWM 控制策略的可行性。 2014 年 Jussi Karttunen, Samuli Kallio, Pasi Peltoniemi 等人研究了雙三相 永磁同步電機(jī)的解耦矢量控制 2 。雙三相電機(jī)與傳統(tǒng)的三相電機(jī)相比有許多優(yōu) 點(diǎn)。然而，對(duì)于這類電機(jī)，目前的挑戰(zhàn)是，

10、使用電流控制很難產(chǎn)生足夠的驅(qū) 動(dòng)能力。本文提出了一種改進(jìn)的雙三相永磁同步電機(jī)的矢量控制方案。本研 究包括關(guān)鍵控制部分的詳細(xì)解決方案，如：坐標(biāo)變換，電流控制回路的解耦 和調(diào)制。利用有限元分析和試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)了所提出的控制方案的性能。結(jié)果 表明，該方案可以產(chǎn)生期望的動(dòng)態(tài)電流控制和保證平衡電流繞組之間的共享。 此外，所提出的解決方案能夠減少由電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電流諧波。然而， 這個(gè)問(wèn)題只是部分地解決了，因?yàn)閺氐紫C波是不可實(shí)現(xiàn)的。但是，所提 出的控制方案克服了許多其他控制解決方案中發(fā)現(xiàn)的缺點(diǎn)。改善控制性使得 雙三相驅(qū)動(dòng)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)被有效利用，即使在苛刻的應(yīng)用條件下。 3. 主要研究?jī)?nèi)容 3.1 雙三

11、相永磁同步電機(jī)靜止坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型 在三相電機(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上， 分析雙三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的繞組結(jié)構(gòu)， 雙三相永磁同步電機(jī)的定子由兩套 Y 型連接的三相對(duì)稱繞組組成，兩套繞組 在空間上相距 30電角度（一般兩套繞組的中性點(diǎn) N1，N2 是相互獨(dú)立的）。 由此可建立雙三相永磁同步電動(dòng)機(jī)在自然坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 8 。靜止坐標(biāo)系 下的數(shù)學(xué)模型如下： 電壓方程： (3-1) d Us= RsI s + ddt s 其中 Us為定子各相電壓（ V）； Is為定子各相電流（ A ）； s為定子各相 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 磁鏈（Wb）；Rs RsI6 * ,其中Rs為定子每相電阻

12、值（） 磁鏈方程： s = LsI s+ F（ ） f（3-2） 其中 f 為轉(zhuǎn)子永磁磁鏈（ Wb）；Ls 為定子電感矩陣，包括繞組自感和各 繞組間的互感（ H）； 軸線的夾角（ rad）； F（ ） 各相磁鏈作用系數(shù)， 為定子 A 相繞組與轉(zhuǎn)子 F()= cos cos(- ) cos(- 4) cos(-5 ) cos(-8 ) cos(-9 ) (3-3) 1 cos cos4 cos5 cos8 cos9 cos 1 cos3 cos4 cos7 cos8 cos4 cos3 1 cos cos4 cos5 cos5 cos4 cos 1 cos3 cos4 cos8 cos7 cos

13、4 cos3 1 cos cos9 cos8 cos5 cos4 cos 1 Lm 為任意兩相繞組間的互感最大值 LsLls I 6*6Lm (3-4) 其中 Lls 為定子各相漏感（ H ）； 電磁轉(zhuǎn)矩方程： (3-5) TeWco12 pnI sTLssIsIs F( ) f 其中 pn 為電機(jī)的極對(duì)數(shù)。 運(yùn)動(dòng)方程： (3-6) dr Te -Tl J r B r e l dt r 其中Tl為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（ N m ）；J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ kg m2）；B 為粘滯系數(shù)； r 為電機(jī)的機(jī)械角速度（ rad/s）。 3.2 雙三相永磁同步電機(jī)解耦旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論

14、文）開(kāi)題報(bào)告 主要分析雙三相永磁同步電機(jī)在六相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用矢 量空間解耦理論，推導(dǎo)出矢量空間解耦矩陣，由于雙三相永磁同步電機(jī)的矢 量控制都是在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系進(jìn)行的，所以需要將電機(jī)變量從六相靜止坐標(biāo)系變 換到解耦后的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，推導(dǎo)出雙三相永磁同步電機(jī)在解耦旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下 的數(shù)學(xué)模型 11，并指出對(duì)電機(jī)的控制等同于對(duì) d-q 平面分量的控制，由此可 將三相電機(jī)的控制策略經(jīng)擴(kuò)展應(yīng)用到雙三相電機(jī)上。解耦旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù) 學(xué)模型如下： 電壓方程： ud uq uz1 Rs id iq iz1 iz2 磁鏈方程： d q z1 z2 uz2 0 0 其中 Ld 為等效直軸電感（ z1 軸電感（

15、 H）， Lz1 L L 電磁轉(zhuǎn)矩方程為： z2ls d q q z z1 q d 0 0 (3-7) 0 Ld Lq L3m Lsl 0 Lq 0 z2 ； Lz1 為等效的 (3-8) (3-9) (3-10) Te pn( 3 fiq (Ld Lq)iqid) 運(yùn)動(dòng)方程： Te -Tl J d r B r e l dt r 推導(dǎo)變換矩陣的方法： （1）通過(guò)雙三相永磁同步電機(jī)的不同次數(shù)的諧波矢量形式定義一個(gè)諧波 向量，找到一組彼此正交的六維矢量組成新的標(biāo)準(zhǔn)正交基，通過(guò)這組標(biāo)準(zhǔn)正 交基可以將這個(gè)六維系統(tǒng)內(nèi)的任意矢量和子空間線性表出 10 。根據(jù)這組標(biāo)準(zhǔn) 正交基可以得到雙三相永磁同步電機(jī)從自然

16、靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到 軸系下的 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 變換公式。再根據(jù)雙三相永磁同步電機(jī)從 軸系下變換到 dq 軸系下的變換 公式得到雙三相永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型由靜止坐標(biāo)系變換到 dq 軸系下的 變換矩陣。 （2）相移 30的雙三相電機(jī)繞組并不完全對(duì)稱，不能直接采用多相 Clarke 變換理論 11。但是由于其本質(zhì)上是一個(gè)對(duì)稱十二相電機(jī)，可以先按照 十二相電機(jī)來(lái)選取變換矩陣，由多相 Clarke 變換理論得到的十二相靜止變換 矩陣，然后再利用各相電流和電壓之間的約束關(guān)系來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到從自然 靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到 軸系下的變換公式，進(jìn)而得到雙三相電機(jī)的變換矩陣， 再根據(jù)雙三

17、相永磁同步電機(jī)從 軸系下變換到 dq 軸系下的變換公式得到雙 三相永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型由靜止坐標(biāo)系變換到 dq 軸系下的變換矩陣 最后，根據(jù)雙三相永磁同步電機(jī)的坐標(biāo)變換矩陣可以得到雙三相永磁同 步電機(jī)雙電機(jī)串聯(lián)系統(tǒng)的坐標(biāo)變換矩陣如下。 靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到 軸下的變換公式： T1 T6s/2s 3 cos 6 sin 6 5 cos 6 5 sin 6 0 1 2 cos 3 2 sin 3 4 cos 3 4 sin 3 1 0 5 cos 6 5 sin 6 cos 6 sin 6 0 4 cos 3 4 sin 3 2 cos 3 2 sin 3 1 3 cos 2 3 sin 2 3 c

18、os 2 3 sin 2 0 1 (3-11) 軸系下變換到 dq 軸系下的變換公式： cos 1 sin 1 0 0 0 0 sin 1 cos 1 0 0 0 0 0 0 cos 2 sin 2 0 0 T2s/2r 0 0 sin 2 cos 2 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 (3-12) 靜止坐標(biāo)系變換到 dq 軸系下的變換矩陣： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 T6 s/2 r 2 5 4 cos( 1 ) cos( 1 ) cos( 1 ) cos( 1 ) cos( 1 ) 6 3 6 3 2 2 5 4 sin( 1 ) sin(

19、1 ) sin( 1 ) sin( 1 ) sin( 1 ) 6 3 6 3 2 2 5 4 cos( 2 ) cos( 2 ) cos( 2 ) cos( 2 ) cos( 2 ) 6 3 6 3 2 2 5 4 sin( 2 ) sin( 2 ) sin( 2 ) sin( 2 ) sin( 2 ) 6 3 6 3 2 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 cos 1 sin 1 cos 2 sin 2 1 0 (3-12) 3.3 雙三相永磁同步電機(jī)雙電機(jī)串聯(lián)系統(tǒng) 定子繞組對(duì)稱分布的多相電機(jī)通過(guò)一定的相序轉(zhuǎn)換規(guī)則可以實(shí)現(xiàn)單逆變 器驅(qū)動(dòng)多電機(jī)串聯(lián)系統(tǒng)，其原因在于冗余自由度的存在，非對(duì)稱的

20、多相電機(jī) 同樣具有冗余自由度，也能實(shí)現(xiàn)此類控制方案。主要分析單逆變器驅(qū)動(dòng)雙三 相永磁同步電機(jī)雙電機(jī)串聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)行原理，基于磁動(dòng)勢(shì)分析法，研究雙三 相永磁同步電機(jī)雙電機(jī)串聯(lián)系統(tǒng)的相序轉(zhuǎn)換規(guī)則。 對(duì)六相靜止坐標(biāo)系下的電機(jī)模型通過(guò)變換矩陣進(jìn)行解耦變換得到的矢量 空間解耦數(shù)學(xué)模型與對(duì)稱多相電機(jī)經(jīng)過(guò)廣義 Clark 變換得到的數(shù)學(xué)模型具有 相似的性質(zhì)： 變換后得到的三對(duì)電流變量中， 只有 電流分量參與機(jī)電能 量轉(zhuǎn)換， z1 z2電流分量（相當(dāng)于對(duì)稱電機(jī)中的 x y電流分量）和 o1 o2 電流 分量只作為零序分量存在，因此，對(duì)定子繞組正弦分布的雙三相永磁同步電 機(jī)，也能實(shí)現(xiàn)單逆變器驅(qū)動(dòng)多電機(jī)串聯(lián)系統(tǒng)。

21、由于只有一組 z1 z2 電流分量，所以非對(duì)稱六相電機(jī)串聯(lián)系統(tǒng)中只有兩臺(tái) 電機(jī)?？梢愿鶕?jù)六相自然靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到 軸系下的變換矩陣的列來(lái)確定 兩臺(tái)電機(jī)的連接的方式。得到雙三相永磁同步電機(jī)雙電機(jī)串聯(lián)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)： 逆變器 電機(jī)2 A B C D E F 電機(jī)1 - 7 - a2 c2 d2 e2 f2 哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告 圖 1 單逆變器驅(qū)動(dòng)雙三相 PMSM 雙電機(jī)串聯(lián)系統(tǒng) 3.4 雙三相永磁同步電機(jī)雙電機(jī)串聯(lián)系統(tǒng)矢量控制技術(shù) 六相全橋逆變器共有 2=64 個(gè)空間電壓矢量，其中 62個(gè)非零電壓矢量， 個(gè)零電壓矢量。另外 62個(gè)非零電壓矢量中有個(gè)矢量 21(0 1 0 1

22、 0 1)和42(1 0 1 0 1 0)為無(wú)效矢量，即或繞組所在橋 首先對(duì) 64 個(gè)空間電壓矢量進(jìn)行計(jì)算， 通過(guò)計(jì)算結(jié)果繪出空間電壓矢量分 布圖，如圖 1 圖2 所示；然后是基本電壓矢量的選取與計(jì)算；最后對(duì)工作平 面采用一定的方法進(jìn)行選取。 圖 1 平面空間電壓矢量分布圖 y 6 6 2 3 25 61 67 60 71 01 60 51 40 圖 2 z1 z2 平面空間電壓矢量分布圖 選取基本電壓矢量的方法： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告 (1) 最大兩矢量 11 如果只考慮與機(jī)電能量轉(zhuǎn)換相關(guān)的 平面內(nèi)的電壓矢量的合成， 選取 平面最外層的 12 個(gè)電壓矢量作為基本電壓

23、矢量來(lái)合成參考電壓。 (2) 最大四矢量 10，11 如果同時(shí)控制兩個(gè)子空間中的電壓矢量，僅選取兩個(gè)基本矢量是不夠的， 至少應(yīng)該選用四個(gè)基本矢量才能夠完成對(duì)一個(gè)四維參考矢量的合成。通常選 取 平面幅值最大且相鄰的四個(gè)電壓矢量作為基本電壓矢量來(lái)合成電壓 參考矢量 。 (3) 兩個(gè)最大矢量和兩個(gè)次大矢量 10 最大四矢量控制算法直流母線利用率較高，但電流諧波含量較大，如果 選取 平面兩個(gè)幅值最大的電壓矢量和同一方向上兩個(gè)幅值次大的電壓 矢量作為基本電壓矢量來(lái)合成電壓參考矢量，能夠有效降低諧波含量，但它 是以犧牲直流母線利用率為代價(jià)的。 工作平面的選?。?參考電壓矢量的選取必須能夠提高直流母線電壓的

24、利用率，這里通過(guò)一 個(gè)周期內(nèi)判斷 -參考矢量和參考矢量的大小來(lái)決定開(kāi)關(guān)矢量的選擇，即如 果 -平面的參考矢量大于 - 平面的參考矢量，則開(kāi)關(guān)矢量由 -平面 的基本電壓矢量決定， 反之，如果 -平面的參考矢量大于 -平面的參考 矢量，則開(kāi)關(guān)矢量由 -平面的基本電壓矢量決定。參考電壓矢量的選擇流 程。 3.5 雙三相永磁同步電機(jī)雙電機(jī)串聯(lián)系統(tǒng)仿真 利用 MATLAB 仿真工具，采用基于 id 0 的矢量控制策略，搭建雙三相 永磁同步電機(jī)雙電機(jī)串聯(lián)系統(tǒng)仿真模型，根據(jù)三相電機(jī)的工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì) 其控制參數(shù)，通過(guò)仿真結(jié)果驗(yàn)證控制方法的正確性和空間矢量控制方法下兩 臺(tái)雙三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的獨(dú)立運(yùn)行。 雙三

25、相電機(jī)雙電機(jī)串聯(lián)系統(tǒng)框圖如下： id*1 0 + PI - id1 * +n1PI i+q1PI - n1- iq1 SA SB SX SY SZ SV 控 制 雙三相永磁同步電機(jī)串聯(lián)模 六M相逆變器 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 圖1 雙三相電機(jī)雙電機(jī)串聯(lián)系統(tǒng)框圖 4. 研究方案及進(jìn)度安排，預(yù)期達(dá)到的目標(biāo) 研究方案： 根據(jù)基本的電路和電磁感應(yīng)原理，推導(dǎo)出雙三相永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模 型；采用矢量空間解耦的建模方法，建立雙三相永磁同步電機(jī)的矢量空間解 耦數(shù)學(xué)模型；根據(jù)研究多相電機(jī)相序轉(zhuǎn)換規(guī)則的方法研究雙三相永磁同步電 機(jī)雙電機(jī)串聯(lián)系統(tǒng)的相序轉(zhuǎn)換規(guī)則， 建立基于磁動(dòng)勢(shì)分析法的相序

26、轉(zhuǎn)換規(guī)則； 采用 SVPWM 算法對(duì)雙三相永磁同步電機(jī)雙電機(jī)串聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行控制，使用 Simulink 仿真驗(yàn)證雙三相永磁同步電機(jī)雙電機(jī)的獨(dú)立運(yùn)行。 進(jìn)度安排： 2013.12.16-2014.02.28: 查找閱讀參考文獻(xiàn)并篩選一篇英文參考文獻(xiàn)翻 譯，推導(dǎo)雙三相永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，研究串聯(lián)系統(tǒng)相序轉(zhuǎn)換規(guī)則和矢 量控制技術(shù)； 2014.03.01-2014.03.31: 撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，制作 PPT； 2014.04.01-2014.05.10: 搭建仿真模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，撰寫(xiě)中期報(bào)告； 2014.05.11-2014.06.22: 完善前期設(shè)計(jì)并撰寫(xiě)畢業(yè)論文；修改畢業(yè)論文， 準(zhǔn)備畢業(yè)答辯；

27、2014.06.25-2014.06.27: 提交論文等材料。 預(yù)期實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)： 推導(dǎo)出雙三相永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和矢量空間解耦數(shù)學(xué)模型， 研究明 白雙三相永磁同步電機(jī)雙電機(jī)串聯(lián)系統(tǒng)的相序轉(zhuǎn)換規(guī)和矢量控制技術(shù)，仿真 驗(yàn)證雙三相永磁同步電機(jī)雙點(diǎn)擊串聯(lián)系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行。 5為完成課題已具備和所需的條件和經(jīng)費(fèi) 已具備和所需的條件：電腦和 MATLAB 軟件。 已具備和所需的經(jīng)費(fèi)：無(wú)。 6. 研究中可能遇到的問(wèn)題和解決的措施 研究中可能遇到的問(wèn)題： 雙三相永磁同步電機(jī)的矢量控制需要 64 個(gè)電壓 矢量，計(jì)算和仿真時(shí)都十分繁瑣，容易出現(xiàn)問(wèn)題； PI 調(diào)節(jié)器的參數(shù)不易確定。 解決的措施：仔細(xì)計(jì)算 64 個(gè)

28、電壓矢量，盡量采用編程的方法降低繁瑣程 度，仿真時(shí)要認(rèn)真，尋求更簡(jiǎn)單但不失準(zhǔn)確的簡(jiǎn)潔方法；調(diào)節(jié) PI 參數(shù)時(shí)注意 調(diào)節(jié)規(guī)律并靈活使用。 7. 主要參考文獻(xiàn)： 1 劉陵順, 張海洋, 苗正戈. SVPWM控制 2臺(tái)雙 Y移30PMSM串聯(lián)系統(tǒng)的 - 10 - 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 研究J. 電氣傳動(dòng) , 2012, 42(8): 39-42. 2 Jussi Karttunen, Samuli Kallio, Pasi Peltoniemi. Decoupled Vector Control Scheme for Dual Three-Phase Permanent Magnet Synchronous Machines. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2014, 61(5): 2185-2196 3 E. Levi, R. Bojoi, F. Profumo, H. A. Toliyat, and S. Williamson, Multiphase induction motor drivesA technology status review, IET Elect. Power Appl., vol. 4, no. 1, pp. 489 516, Jul. 2007