矢量控制永磁同步電機(jī)

1、基于空間矢量控制的永磁同步電機(jī)的研究目 錄摘 要. III ABSTRACT. IV第一章 緒論. 11.1 課題研究的背景 . 11.2 永磁交流伺服系統(tǒng)控制理論的發(fā)展 . 11.3 永磁交流伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。 . 21.4 論文研究的主要內(nèi)容 . 3第二章 永磁同步電機(jī)的矢量控制原理. 42.1 永磁同步電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和種類 . 42.2 電機(jī)控制中用到的坐標(biāo)系 . 42.2.1系統(tǒng)中的坐標(biāo)系. 52.2.2由三項(xiàng)平面坐標(biāo)系向兩相平面坐標(biāo)系（Clarke變換） . 62.2.3兩相靜止直角坐標(biāo)系向兩相旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)系變換（Park變換） . 72.2.4永磁同步電機(jī)dq軸數(shù)學(xué)模型. 8

2、2.3 轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制理論 . 92.4 同步電機(jī)的矢量控制 . 10第三章PMSM控制系統(tǒng)的MATLAB仿真. 133.1 MATLAB動(dòng)態(tài)仿真工具SLMULINK簡(jiǎn)介 . 133.2 永磁同步電機(jī)仿真模型的建立 . 133.2.1逆變器. 143.2.2空間矢量PWM發(fā)生模塊的建立. 183.2.3判斷電壓矢量所屬的扇區(qū)及仿真實(shí)現(xiàn). 183.2.4計(jì)算X,Y,Z，T1和T2，以及其仿真實(shí)現(xiàn) . 193.2.5計(jì)算開關(guān)作用時(shí)間. 213.2.6生成PWM波形. 213.2.7基于SVPWM的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型. 223.3：雙閉環(huán)仿真系統(tǒng)的建立和控制器參數(shù)調(diào)整 . 233.

3、3.1雙閉環(huán)仿真系統(tǒng)的建立. 233.3.2仿真結(jié)果. 25第四章 結(jié)束語(yǔ). 27工作總結(jié)及評(píng)價(jià) . 27致 謝. 28參考文獻(xiàn):. 28II摘 要本文研究的是通過(guò)電壓空間矢量控制永磁同步電機(jī)系統(tǒng)，在PID控制策略下改善永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩性能,用MATLABSIMULINK建立了永磁同步電機(jī)電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)矢量控制仿真模型。在模型建立后，由于PID控制由于算法簡(jiǎn)單、可靠性高，廣泛應(yīng)用于控制過(guò)程中。因此本文采用的是PID控制，并應(yīng)用電壓矢量控制SVPWM控制實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，使其擁有直流電機(jī)的性能。仿真結(jié)果表明空間電壓矢量控制可以使永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩可控制并達(dá)到穩(wěn)定，并產(chǎn)生三相穩(wěn)定電流。所

4、有這些工作闡明了永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的原理、方法和性能，對(duì)今后研究永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)和提高系統(tǒng)的性能具有參考意義。關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；PID控制；MATLAB仿真/SIMULINK；IIIAbstractThis paper studies the voltage space vector control by permanent magnet synchronous motor system , with the PID control strategy for permanent magnet synchronous motor torque performance, usin

5、g MATLAB / SIMULINK to establish a permanent magnet synchronous motor current speed double closed loop vector control model. In the model, the choice of which control algorithm is also very important, because the PID control algorithm is simple, high reliability, widely used in the control process.

6、So this article uses a PID control to achieve the SVPWM control of permanent magnet synchronous motor torque to have a DC motor torque control performanceAll these work illuminates principle, method and properties of the permanent magnet synchronous motor vector control system, as a reference for th

7、e future research permanent magnet synchronous motor vector control system and improving the performance of the systemKeywords: Permanent magnet synchronous motor; PID control;IV第一章 緒論1.1 課題研究的背景隨著電動(dòng)機(jī)在社會(huì)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，電機(jī)研究成為必不可少的研究課題。電動(dòng)機(jī)是生產(chǎn)和生活中最常見的設(shè)備之一，電動(dòng)機(jī)一般分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大類。交流電動(dòng)機(jī)的誕生已經(jīng)有一百多年的歷史。交流電動(dòng)機(jī)又分為同步電動(dòng)

8、機(jī)和感應(yīng)(異步)電動(dòng)機(jī)兩大類。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速容易控制和調(diào)節(jié)，在額定轉(zhuǎn)速以下，保持勵(lì)磁電流恒定，通過(guò)改變電樞電壓的方法實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；在額定轉(zhuǎn)速以上，保持電樞電壓恒定，可用改變勵(lì)磁的方【9】法實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。20世紀(jì)80年代以前，在變速傳動(dòng)領(lǐng)域，直流調(diào)速一直占據(jù)主導(dǎo)電位。隨著交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展使交流電機(jī)的應(yīng)用更加廣泛，但是其轉(zhuǎn)矩控制性能卻不如直流電機(jī)。因此如何使交流電機(jī)的靜態(tài)控制性能與直流系統(tǒng)相媲美，一直是交流電機(jī)的研究方向。1.2 永磁交流伺服系統(tǒng)控制理論的發(fā)展交流調(diào)速理論包括矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。1971年，由FBlaschke提出的矢量控制理論第一次使交流電機(jī)控制理論獲得了質(zhì)的飛躍。矢

9、量控制采用了矢量變換的方法，通過(guò)把交流電機(jī)的磁通與轉(zhuǎn)矩的控制解耦使交流電機(jī)的控制類似于直流電動(dòng)機(jī)。矢量控制方法在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換，而且對(duì)電機(jī)的參數(shù)依賴性較大。直接轉(zhuǎn)矩控制是1985年Depenbrock教授在研究異步電機(jī)控制方法時(shí)提出的。該方法是在定子坐標(biāo)系下分析交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，強(qiáng)調(diào)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制，對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行砰一砰控制，【1】無(wú)需解耦，省掉了矢量旋轉(zhuǎn)變換計(jì)算?？刂贫ㄗ哟沛湺皇寝D(zhuǎn)子磁鏈，不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，但不可避免地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，低速性能較差，調(diào)速范圍受到限制。而且由于它對(duì)實(shí)時(shí)性要求高、計(jì)算量大，對(duì)控制系統(tǒng)微處理【10】【11】 器的性能要求也較高。矢量控制的基

10、本思想是在普通的三相交流電動(dòng)機(jī)上設(shè)法模擬直流電動(dòng) 1機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的規(guī)律，在磁場(chǎng)定向坐標(biāo)上，將電流矢量分解成為產(chǎn)生磁通的勵(lì)磁電流分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流分量，并使得兩個(gè)分量互相垂直，彼此獨(dú)立，然后分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制，從原理和特性上就和直流電動(dòng)機(jī)相似了。6【】控制策略的選擇上是PID控制，傳統(tǒng)的數(shù)字PID控制是一種技術(shù)成熟、應(yīng)用最為廣泛的控制算法，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便。1.3 永磁交流伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。永磁交流伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)如下：(1)電機(jī)調(diào)速技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是永磁同步電機(jī)將會(huì)取代原有直流有刷伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)及感應(yīng)電機(jī)。因?yàn)橛来磐诫姍C(jī)相對(duì)其他形式的電機(jī)有著顯著的優(yōu)

11、勢(shì)如：A)永磁同步電機(jī)在基速以下不需要?jiǎng)?lì)磁電流，在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)沒有轉(zhuǎn)子電阻損耗，可以顯著提高功率因數(shù)(可達(dá)到l甚至容性)；B)永磁同步電動(dòng)機(jī)不設(shè)電刷和滑環(huán)，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，可靠性高；c)永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)多樣，結(jié)構(gòu)靈活，而且不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)往往帶來(lái)自身性能上的特點(diǎn)，因而永磁同步電動(dòng)機(jī)可根據(jù)使用需要選擇不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式。而且在相同功率下，永磁同步電動(dòng)機(jī)在比其他形式電動(dòng)機(jī)具有更小的體積?！?2】【】16我國(guó)制作永磁電機(jī)永磁材料的稀土資源豐富， 1984年7月，我國(guó)成為世界上第三個(gè)能研制和生產(chǎn)第三代稀土釹鐵硼永磁材料的國(guó)家，稀土資占【5】【12】 全世界的80以上，發(fā)展永磁電機(jī)具有廣闊的前

12、景。(2)高性能控制策略廣泛應(yīng)用于交流伺服系統(tǒng)?；诔Ｒ?guī)控制理論設(shè)計(jì)的電機(jī)控制系統(tǒng)存在缺陷和不足：傳統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)通常需要被控對(duì)象有非常精確的數(shù)學(xué)模型，而永磁電機(jī)是一個(gè)非線性多變量系統(tǒng)，難以精確的確定其數(shù)學(xué)模型，按照近似模型得到的最優(yōu)控制在實(shí)際上往往不能保證最優(yōu)，受建模動(dòng)態(tài)，非線性及其他一些不可預(yù)見參數(shù)變化的影響，有時(shí)甚至?xí)鹂刂破焚|(zhì)嚴(yán)重下降，魯棒性得不到保證。7【】(3)綠色化發(fā)展。由于全球電能的80以上通過(guò)電力變換裝置來(lái)消耗，作為廣泛使用的電力變換裝置的變頻器，將朝著節(jié)約能源，降低對(duì)電網(wǎng)的污染和對(duì)環(huán)境的輻射干擾，延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命的綠色化方向發(fā)展。21.4 論文研究的主要內(nèi)容本課題研究永磁

13、同步電機(jī)矢量控制，首先給出了矢量控制中用到的坐標(biāo)變換以及本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原理圖，其次建立永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，給出了本驅(qū)動(dòng)器中采用的電壓空間矢量脈寬調(diào)制(簡(jiǎn)稱SVPWM)方法的數(shù)學(xué)模型，最后利用MATLAB仿真軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。1詳細(xì)分析了永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)對(duì)數(shù)學(xué)模型的分析，明確了永磁同步電機(jī)的電磁約束關(guān)系，為分析永磁同步電機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和研究高性能的控制決策提供理論基礎(chǔ)。2在分析數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，建立了永磁同步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)，論述了矢量控制的實(shí)現(xiàn)方法。3SVPWM的產(chǎn)生是實(shí)現(xiàn)矢量控制的關(guān)鍵，詳細(xì)分析了SVPWM的原理以及實(shí)現(xiàn)方法。4對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，在MATLAB中建立了

14、基于SVPWM的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型。3第二章 永磁同步電機(jī)的矢量控制原理2.1 永磁同步電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和種類1)永磁同步電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)永磁同步電動(dòng)機(jī)由定子，轉(zhuǎn)子和外殼等部件組成。其中定子由定子鐵心(由沖槽孔的硅鋼疊壓而成)、定子繞組(在鐵心槽中嵌放三相繞組)構(gòu)成。定子和普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)基本相同，也是采用疊片結(jié)構(gòu)以減小電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的鐵耗。轉(zhuǎn)子通常由軸、永久磁鋼及磁軛組成，其主要作用是在電動(dòng)機(jī)氣隙內(nèi)產(chǎn)生足夠的磁場(chǎng)強(qiáng)度，與通電后的定子繞組相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以驅(qū)動(dòng)自身的運(yùn)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子鐵心可以做成實(shí)心的，也可以用疊片疊壓而成。轉(zhuǎn)子上安裝有永磁體，轉(zhuǎn)子鐵心上可以有電樞繞組。為了減少電動(dòng)機(jī)的雜散損耗，定

15、子繞組通【1】【2】 常采用星形接法。2)永磁同步電機(jī)的種類永磁同步電動(dòng)機(jī)分類方法較多：按工作主磁場(chǎng)原理方向的不同，可分為徑向磁場(chǎng)式和軸向磁場(chǎng)式；按電樞繞組位置不同，可分為內(nèi)轉(zhuǎn)子式和外轉(zhuǎn)子式；按轉(zhuǎn)子上有無(wú)啟動(dòng)繞組，可分為無(wú)啟動(dòng)繞組的電動(dòng)機(jī)和有啟動(dòng)繞組的電動(dòng)機(jī)(又稱為異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī))；根據(jù)極對(duì)數(shù)的不同，永磁同步電機(jī)可分為單極和多極；根據(jù)磁通分布或反電動(dòng)勢(shì)波形，可分為永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和永磁同步電動(dòng)機(jī)。永磁同步電動(dòng)機(jī)中沒有包含有高次諧波，渦流和磁滯損耗減少，電機(jī)效率增加。永磁同步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)低于永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，主要原【7】【10】 因是永磁同步電動(dòng)機(jī)不存在相間換流時(shí)的沖擊電流。

16、2.2 電機(jī)控制中用到的坐標(biāo)系交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型具有高階次，多變量耦合，非線性等特征，難以直 4接應(yīng)用于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制，與直流電機(jī)單變量，自然解耦和線性的數(shù)學(xué)模型相比較，交流電機(jī)顯得異常復(fù)雜。因此需要通過(guò)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換，將交流電機(jī)【12】 的控制變換為類似直流電機(jī)的控制將大大簡(jiǎn)化交流電機(jī)控制的復(fù)雜程度。永磁同步電機(jī)矢量控制的基本思想是把交流電機(jī)當(dāng)成直流電機(jī)來(lái)控制,即模擬直流電機(jī)的控制特點(diǎn)進(jìn)行永磁同步電機(jī)的控制。為簡(jiǎn)化感應(yīng)電機(jī)模型,可將電機(jī)三相繞組電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)按平面矢量的疊加原理進(jìn)行合成和分解,使得能夠用兩相正交繞組來(lái)等效實(shí)際電動(dòng)機(jī)的三相繞組。由于兩相繞組的【13】 正交性,變量之間的耦合大大

17、減小。2.2.1系統(tǒng)中的坐標(biāo)系1)三相定子坐標(biāo)系(U.V.W坐標(biāo)系)其中三相交流電機(jī)繞組軸線分別為U.V.W，彼此之間互差120度空間電角度，構(gòu)成了一個(gè)UVW三相坐標(biāo)系?？臻g任意一矢量在三個(gè)坐標(biāo)上的投影代表了該矢量在三個(gè)繞組上的分量。2)兩相定子坐標(biāo)系(坐標(biāo)系)兩相對(duì)稱繞組通以兩相對(duì)稱電流也能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。對(duì)于空間的任意一矢量，數(shù)學(xué)描述時(shí)習(xí)慣采用兩相直角坐標(biāo)系來(lái)描述，所以定義一個(gè)兩相靜止坐標(biāo)系，即坐標(biāo)系，它的軸和三相定子坐標(biāo)系的A軸重合，軸逆時(shí)針超前軸90度空間電角度。由于軸固定在定子A相繞組軸線上，所以坐標(biāo)系也是靜止坐標(biāo)系。3)轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系(dq坐標(biāo)系)轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系d軸位于轉(zhuǎn)子磁鏈軸線上，q軸逆

18、時(shí)針超前d軸90度空間電角度，該坐標(biāo)系和轉(zhuǎn)子一起在空間上以轉(zhuǎn)子角速度旋轉(zhuǎn)，故為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。對(duì)于同步電動(dòng)機(jī)，d軸是轉(zhuǎn)子磁極的軸線。矢量控制中用到的變換有:將三相平面坐標(biāo)系向兩相平面直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換(Clarke變換)和將兩相靜止直角坐標(biāo)系向兩相旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)系的變換(Park變換)。52.2.2由三項(xiàng)平面坐標(biāo)系向兩相平面坐標(biāo)系（Clarke變換）三相同步電動(dòng)機(jī)的集中繞組U、V、W的軸線在與轉(zhuǎn)子垂直的平面分布如上圖所示，軸線依次相差120，可將每相繞組在氣隙中產(chǎn)生的磁勢(shì)分別記為：Fu、Fv、Fw。由于Fu、Fv、Fw不會(huì)在軸向上產(chǎn)生分量，所以可以把氣隙內(nèi)的磁場(chǎng)簡(jiǎn)化為一個(gè)二維的平面場(chǎng)。簡(jiǎn)單起見，可以U

19、為軸，由起逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90作軸，建立起二維坐標(biāo)系，用此兩相坐標(biāo)系（）產(chǎn)生【24】的磁動(dòng)勢(shì)來(lái)等效三相靜止坐標(biāo)系（uvw）產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì).【22】如圖2-1圖2-1 clarke變換用F來(lái)表示三相繞組所產(chǎn)生的總磁動(dòng)勢(shì)，F(xiàn),F分別表示，軸上的集中繞組所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)，則三相繞組在氣隙中產(chǎn)生F可以由，兩相繞組來(lái)等效產(chǎn)生，所以可得（2-1）關(guān)系式：輊Ia犏FbN2犏=FuIb犏臌輊Iu犏（2-1） 犏Iv 犏犏Iw犏臌F=FaFvFwN3N2為兩相繞組，的匝數(shù)，N3為三相繞組u、v、w的匝數(shù)。根據(jù)上式可以得到電流的變化矩陣：6輊Ia犏=N犏Ib犏臌3輊1-1/2犏/N2?犏0/2犏臌輊Iu-1/2犏犏Iv犏-

20、/2犏Iw犏臌輊Iu犏犏T犏Iv（2-2） 犏Iw犏臌滿足功率不變的變換時(shí)，應(yīng)有：N3/N2= （2-3）所以可得由U,V,W到轉(zhuǎn)換的（2-4）公式所示：T=輊1-1/2犏犏0/2犏臌-1/2-/2 （2-4）由到U，V，W變換的（2-5）公式所示：輊犏11-21犏-犏臌20-2 （2-5）2.2.3兩相靜止直角坐標(biāo)系向兩相旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)系變換（Park變換）經(jīng)過(guò)Clarke變換后的到得坐標(biāo)系是靜止的，所表示的電流仍然是交流電流，與直流電動(dòng)機(jī)相比還有很大的差別，因此仍然需要進(jìn)一步變換。為模擬直流電動(dòng)機(jī)的電樞磁動(dòng)勢(shì)與主磁場(chǎng)相互垂直，可以建立如下圖所示的dq繞組模型。圖中d,q垂直，分別通以直流電流

21、Id,Iq，產(chǎn)生的合成磁勢(shì)對(duì)繞組來(lái)說(shuō)是固定的，但是如果讓整個(gè)坐標(biāo)系以電機(jī)的同步速旋轉(zhuǎn)，就可以【4】【6】 等效為三相繞組uvw產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，從而達(dá)到等效變換的效果。從兩廂靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換如圖2-2所示：7圖2-2 park變換根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)等效的原則輊FFN犏臌ab2輊ia犏=輊FFN犏犏臌XXib犏臌4輊id犏犏iq犏臌 （2-6）式中N4是dq軸上繞組的匝數(shù)。滿足功率不變是時(shí)應(yīng)有N2=N4，所以可得坐標(biāo)系向dq坐標(biāo)系變換的矩陣為：驏id鼢驏cosq瓏鼢瓏=鼢瓏鼢i-sinq瓏鼢桫桫qsinq驏ia cosq桫 ib （2-7）取反變換后可以得到dq軸坐標(biāo)系向坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的矩陣

22、為：驏ia鼢驏cosq瓏鼢= 瓏鼢瓏鼢sinqi瓏桫桫b鼢-sinq驏id cosq桫 iq （2-8）2.2.4永磁同步電機(jī)dq軸數(shù)學(xué)模型永磁同步電機(jī)是由電磁式同步電動(dòng)機(jī)發(fā)展而來(lái)，它用永磁體代替了電勵(lì)磁，從而省去了勵(lì)磁線圈、滑環(huán)和電刷，而定子與電磁式同步電機(jī)基本相同。永磁同步電機(jī)在dq坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型描述如下：模型的建立基于下面的假設(shè)：1忽略電機(jī)鐵心的飽和；2不計(jì)電機(jī)中的渦流和磁滯損耗：83電機(jī)電流為對(duì)稱的三相正弦電流(即只考慮電流基波)。在永磁同步電機(jī)中，建立固定于轉(zhuǎn)子的參考坐標(biāo)，取磁極軸線為d軸，順著旋轉(zhuǎn)方向超前90。電角度為q軸，以a相繞組軸線為參考軸線，d軸與參考軸之間的電角度為，如

23、圖2-3所示。圖2-3 永磁同步電機(jī)dq軸模型2.3 轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制理論矢量控制的基本概念1971年，德國(guó)學(xué)者Blaschke和Hasse提出了交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制(Transvector contr01)理論，它是電動(dòng)機(jī)控制理論的第一次質(zhì)的飛躍，解決了交流電機(jī)的調(diào)速問(wèn)題，使得交流電機(jī)的控制跟直流電機(jī)控制一樣的方便可行，并且可以獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美的動(dòng)態(tài)功能。其基本思想是在普通的三相交流電動(dòng)機(jī)上設(shè)法模擬直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的規(guī)律，在磁場(chǎng)定向坐標(biāo)上，將電流矢量分解成為產(chǎn)生磁通的勵(lì)磁電流分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流分【15】【19】量，并使得兩個(gè)分量互相垂直，彼此獨(dú)立，然后分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。交流電

24、機(jī)的矢量控制使轉(zhuǎn)矩和磁通的控制實(shí)現(xiàn)解耦。所謂解耦指的是控制轉(zhuǎn)矩時(shí)不影響磁通的大小，控制磁通時(shí)不影響轉(zhuǎn)矩。這樣交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制，從原理和特性上就和直流電動(dòng)機(jī)相似了。因此矢量控制的關(guān)鍵仍是對(duì)電流矢量的幅值和空間位置(頻率和相位)的控制。9矢量控制是通過(guò)對(duì)兩個(gè)電流分量的分別控制實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)電機(jī)方程所確定的電磁關(guān)系，一定的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)于一定的id和iq，通過(guò)對(duì)這兩個(gè)電流的控制，跟蹤相應(yīng)的給定值，便實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的控制。而且由于位于d，q軸的電流分量相互正交，使對(duì)轉(zhuǎn)矩的控制和對(duì)磁場(chǎng)的控制實(shí)現(xiàn)了【12】【15】【25】 解耦，因此便于實(shí)現(xiàn)各種先進(jìn)的控制策略。對(duì)于永磁同步電機(jī)，轉(zhuǎn)子磁通位置與轉(zhuǎn)

25、子機(jī)械位置相同，這樣通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)子實(shí)際位置就可以得知電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈位置，從而使永磁同步電機(jī)的矢量控制比起異步電機(jī)的矢量控制大大簡(jiǎn)化。當(dāng)id=0時(shí)，從電機(jī)端口看，永磁同步電機(jī)相當(dāng)于一臺(tái)他勵(lì)直流電機(jī)。定子電流中只有q軸分量，且定子磁動(dòng)勢(shì)空間矢量與永磁體磁場(chǎng)空問(wèn)矢量正交，在一定的定子電流幅值下能夠輸出最大的轉(zhuǎn)矩。2.4 同步電機(jī)的矢量控制電壓空間矢量PWM技術(shù)三相電動(dòng)機(jī)由三相對(duì)稱正弦交流電源供電時(shí) u=d(fmedtiwt)=jwfmeiwt=wfmei(wt+p) （2-7）該式說(shuō)明，當(dāng)磁鏈幅值一定時(shí),U的大小與成正比，或者說(shuō)供電電壓與頻率成正比，其方向是磁鏈軌跡方向的切線方向。當(dāng)磁鏈?zhǔn)噶吭诳臻g旋轉(zhuǎn)一

26、周時(shí)，電壓矢量也連續(xù)地按磁鏈圓的切線方向運(yùn)動(dòng)2弧度，其運(yùn)動(dòng)軌跡與磁鏈圓重合。這樣，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形狀問(wèn)題就可轉(zhuǎn)化為電壓空間矢量運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀問(wèn)題來(lái)討論。電壓空間矢量是按照電壓所加在繞組的空間位置來(lái)定義的。經(jīng)典的SPWM控制目的是使逆變器的輸出電壓盡量接近正弦波，而電流波形會(huì)受到負(fù)載電路參數(shù)的影響，并且電壓利用率較低。為此提出了電壓空間矢量PWM(SVPWM)技術(shù)。SVPWM也稱作磁鏈軌跡法，從原理上講，把電動(dòng)機(jī)與PWM逆變器看作一體，著眼于如何使電機(jī)獲得幅值恒定的圓形磁場(chǎng)，當(dāng)電機(jī)通以三相對(duì)稱正弦電壓時(shí)，交流電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生圓形磁鏈，SVPWM以此圓形磁鏈為基準(zhǔn)，通過(guò)逆變器功率器件的不同開關(guān)模式產(chǎn)生

27、有效電壓矢量來(lái)逼 10【23】【24】 近基準(zhǔn)圓，即用多邊形來(lái)逼近圓形。SVPWM法則由三相逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的實(shí)際磁鏈?zhǔn)噶咳ケ平鶞?zhǔn)磁鏈圓，并由它們比較的結(jié)果決定逆變器的開關(guān)狀態(tài)，形成PWM波形。該控制方法具有開關(guān)損耗小、電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)低、電流波形畸變小、直流電壓利用率提高的優(yōu)點(diǎn)。SVPWM采用id=0的轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制后，此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和電流iq呈線性關(guān)系，只要對(duì)iq進(jìn)行控制就可以達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩的目的 。并且，在表面式永磁同步電機(jī)中，保持id=0可以保證用最小的電流幅值得到最大的輸出轉(zhuǎn)矩。因此只要能準(zhǔn)確地檢測(cè)出轉(zhuǎn)子位置(d軸)，使三相定子電流的合成電流矢量位于q軸上，那么，只要控制定子

28、電流的幅值，就能很好地控制電磁轉(zhuǎn)矩，這和直流電動(dòng)機(jī)的控制原理類似。本控制系統(tǒng)采用的是令id=0，此時(shí)轉(zhuǎn)矩和iq成線性關(guān)系，只要控制iq即可達(dá)到對(duì)轉(zhuǎn)矩的控制，其矢量控制仿真結(jié)構(gòu)圖如下：矢量控制的目的是為了改善轉(zhuǎn)矩控制性能，而最終實(shí)施仍然是落實(shí)到對(duì)定子電流(交流量)的控制上。由于在定子側(cè)的各個(gè)物理量，包括電壓、電流、 11 圖2-4 矢量控制同步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖電動(dòng)勢(shì)、磁動(dòng)勢(shì)等等，都是交流量，其空間矢量在空間以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)、控制和計(jì)算都不是很方便。因此，需要借助于坐標(biāo)變換，使得各個(gè)物理量從靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，然后，站在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上進(jìn)行觀察，電動(dòng)機(jī)的各個(gè)空間矢量都變成了靜止矢量，在同

29、步坐標(biāo)系上的各個(gè)空間矢量就都變成了直流量，可以根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式的幾種形式，找到轉(zhuǎn)矩和被控矢量的各個(gè)分量之間的關(guān)系，實(shí)時(shí)的計(jì)算出轉(zhuǎn)矩控制所需要的被控矢量的各個(gè)分量值，即直流給定量。按照這些給定量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，就可以達(dá)到直流電動(dòng)機(jī)的控制性能。由于這些直流給定量在物理上是不存在的，是虛構(gòu)的，因此，還必須再經(jīng)過(guò)坐標(biāo)的逆變換過(guò)程，從旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系回到靜止坐標(biāo)系，把上述的直流給定量變換成實(shí)際的交流給定量，在三相定子坐標(biāo)系上對(duì)交流量進(jìn)行控制，使其實(shí)際值等于【22】 給定值。 【17】12第三章PMSM控制系統(tǒng)的MATLAB仿真3.1 MATLAB動(dòng)態(tài)仿真工具SlMULINK簡(jiǎn)介MATLAB是由Math Works公

30、司開發(fā)的一種主要用于數(shù)值計(jì)算及可視化圖形處理的高科技計(jì)算語(yǔ)言。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、圖形處理和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)極易使用的交互式環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的許多科學(xué)提供了一種高效率的編程工具，集科【4】【13】 學(xué)計(jì)算、自動(dòng)控制、信號(hào)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像處理等于一體。在MATLAB中，SIMULINK是一個(gè)比較特別的工具箱，它具有兩個(gè)顯著的功能：SMU(仿真)與LINK(鏈接)，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真的個(gè)集成環(huán)境。它支持連續(xù)、離散或兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣速率的多速率系統(tǒng)。SIMULINK為用戶提供了用方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，具有

31、直觀、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)1321利用MATLABSimulink進(jìn)行系統(tǒng)的輔助設(shè)計(jì)，在可以做出實(shí)際系統(tǒng)之前，預(yù)先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析，并可以做適當(dāng)?shù)膶?shí)時(shí)修正，增強(qiáng)系統(tǒng)的性能，減少系統(tǒng)反修改的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)有效開發(fā)系統(tǒng)的目的。在Simulink library brower中列出了各模塊的目錄，其中主要模塊有Source源模塊，Sink顯示和輸出模塊，Continuous連續(xù)性函數(shù)模塊，Nonlinear非線性函數(shù)模塊，Signal Systems信號(hào)系統(tǒng)函數(shù)模塊等口。3.2 永磁同步電機(jī)仿真模型的建立為建立永磁同步電機(jī)矢量控制的系統(tǒng)仿真模型，首先需要一個(gè)比較準(zhǔn)確反映電機(jī)特性的電機(jī)模型。在SIMULI

32、NK中己經(jīng)提供了一個(gè)永磁同步電機(jī)【7】【10】的仿真模塊，它封裝了電機(jī)的主要電壓方程和機(jī)械方程。在本仿真系統(tǒng)里，使用的是MATLABSIMULINK提供的永磁同步電動(dòng)機(jī)模型。133.2.1逆變器典型的三相逆變器一交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)所示，SVPWM控制的主電路是VT1到VT6六個(gè)功率晶體管IGBT組成的三相逆變器。VT1一vT6六個(gè)功率晶體管分別由PWM1PWM6信號(hào)控制。當(dāng)同一橋臂的上IGBT處于導(dǎo)通時(shí)，下一IGBT處于關(guān)閉狀態(tài)。圖3-1 逆變器如把上橋臂器件導(dǎo)通用數(shù)字1表示，下橋臂器件導(dǎo)通用數(shù)字0表示，a，b，c分別代表3個(gè)橋臂的開關(guān)狀態(tài)。根據(jù)三組橋臂的通斷，則共有8個(gè)可能的開關(guān)狀,則

33、上述8種工作狀態(tài)若用abc的組合可表示為000、001、010、011、100、101、110、111共八種開關(guān)模擬狀態(tài)。其中下橋臂全部導(dǎo)通000或上橋臂全部導(dǎo)通111狀態(tài)表示電機(jī)三相同時(shí)接到電源的正極或負(fù)極，電機(jī)的端電壓實(shí)際為零，所以這種開關(guān)狀態(tài)稱為零狀態(tài)2324.即可以產(chǎn)生六個(gè)有效向量U1(001)，U2(010)，U3(011)，U4(100)，U5(101)，U6(110)(也稱6個(gè)基本空間矢量)和兩個(gè)零矢U0(000)，U111)，逆變器每個(gè)開關(guān)狀態(tài)產(chǎn)生一個(gè)電壓開關(guān)矢，空間電壓矢量如下圖：14圖3-2 空間電壓矢量圖對(duì)于任意空間合成向量是由相鄰的兩個(gè)基本空間矢量各自所占的時(shí)間來(lái)確定，

34、如下例子中位于第一扇區(qū)Uout大小和角度由U4和U6這兩個(gè)先后出現(xiàn)的矢量及零矢量各自所占的時(shí)間來(lái)確定：UoutT=U4T4+U6T6+0 T0 （3-1）同時(shí)將Uout分解為平面上的兩個(gè)空間矢量U和U，并考慮到功率不變條件下坐標(biāo)變換雖然有變換前后兩個(gè)系統(tǒng)功率不變的優(yōu)點(diǎn)，但由于三相系統(tǒng)與二相系統(tǒng)的繞組匝數(shù)不等，應(yīng)用空間矢量計(jì)算應(yīng)把它再各相坐標(biāo)軸上aT=U4T4+U6Tcos606bT=U6T6sin60即可得到（3-2）可推導(dǎo)得到T4=a-bT/Udc2（3-3） T6=bT/UdcSVPWM調(diào)制模式采用連續(xù)開關(guān)調(diào)制模式。每次切換開關(guān)狀態(tài)時(shí)，只切換15一個(gè)功率開關(guān)器件，以減少開關(guān)損耗。它由3段零

35、矢量和4段相鄰的兩個(gè)非零矢量組成，3段零矢量分別位于PWM波的開始，中間和結(jié)尾。開關(guān)順序?yàn)椋篣0(000)，U4(100)，U6(110)，U7(111)，U6(110)，U4(100)，U0(000)。作用時(shí)間依次為：T04，T42，T62，T02，T62，T42，T04。上述方法可推廣到其它5個(gè)扇區(qū)圖3-3 電壓合成矢量在第扇區(qū)分解圖可以推導(dǎo)出三相逆變器輸出地線電壓矢量與開關(guān)狀態(tài)a,b,c的關(guān)系為：驏UAB瓏瓏瓏瓏UBC瓏瓏瓏UCA瓏桫驏1鼢鼢鼢鼢=UDC0鼢鼢鼢鼢-1鼢桫-1100驏a -1 b -1桫 c（3-4）三相逆變器輸出地相電壓矢量與開關(guān)狀態(tài)的a,b,c的關(guān)系如下所示：驏UAO

36、鼢瓏鼢瓏鼢1瓏鼢瓏U=DC鼢瓏BO鼢瓏3鼢瓏鼢U鼢瓏桫CO驏2-1-1桫-12-1驏-1 a-1 b 2 c 桫（3-5）根據(jù)以上兩式可得下表3-1：表3-1開關(guān)狀態(tài)和相電壓和線電壓的關(guān)系16根據(jù)三相坐標(biāo)系向兩相坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的公式，可以確定各基本矢量在坐標(biāo)系下所對(duì)應(yīng)的分量如（3-5）所示：輊U犏a=犏U犏臌b輊UAO犏1-1/2-1/2犏UBO犏0/2-/2犏U犏臌CO（3-6）表3-2 開關(guān)狀態(tài)與相電壓在（ ）坐標(biāo)系中分量的關(guān)系根據(jù)表3-2所得數(shù)據(jù)，我們可以用空間電壓矢量來(lái)表示逆變器三相輸出電壓的各種狀態(tài)，逆變器輸出地8個(gè)基本電壓矢量組成一個(gè)六邊形，將整個(gè)17空間劃分為六個(gè)區(qū)域，其中有兩個(gè)位于

37、原點(diǎn)的零矢量，六個(gè)不同方向的電壓空間矢量，它們周期性地順序出現(xiàn)，相鄰兩個(gè)矢量之間相差60，電壓空間矢量幅值不變。從一個(gè)電壓矢量旋轉(zhuǎn)到了另一個(gè)電壓矢量時(shí)，只能有一個(gè)橋臂的開關(guān)動(dòng)作。在相鄰兩個(gè)基本電壓矢量之間的任意電壓矢量，都可以由這兩個(gè)基本矢量合成，所以通過(guò)8種電壓矢量不同的線性組合，就可以得到更多的與基本空間矢量相位不同的電壓空間矢量，最終構(gòu)成一組等幅不同相的電壓矢量疊加形成盡可能逼近圓形旋轉(zhuǎn)場(chǎng)的磁鏈圓。18243.2.2空間矢量PWM發(fā)生模塊的建立在建立了電機(jī)的仿真模型之后，我們還需要一些相關(guān)的運(yùn)算模塊來(lái)建立仿真 系統(tǒng)。這其中非常重要的是空間矢量PWM發(fā)生模塊，它根據(jù)電流環(huán)輸出的id和iq以

38、及當(dāng)前的轉(zhuǎn)子位置角度值輸出6路PWM波，控制主橋臂6路IGBT的通斷。3.2.3判斷電壓矢量所屬的扇區(qū)及仿真實(shí)現(xiàn)判斷電壓矢量所在的扇區(qū)是非常重要的一部分，只有確定了所在的扇區(qū)才能知道輸出電壓矢量可以由哪兩個(gè)基本電壓矢量合成?？梢杂幸韵路椒ㄅ袛嗌葏^(qū)號(hào)：令B0=UbB1=sin60Ua-sin30UbB2=-sin60Ua-sin30Uboooo（3-7） （3-8） （3-9）其中U,U分別為合成電壓矢量在坐標(biāo)系中對(duì)應(yīng)在軸和軸上的電壓分量。定義a，b，c，N四個(gè)量，其中P代表扇區(qū)號(hào)，當(dāng)B00時(shí)，a=1，否則a=0；當(dāng)B10時(shí)b=1，否則為b=0；當(dāng)B20時(shí)，c=1，否則為c=0.設(shè)N=a+2b+

39、4c.由此就可以得出扇區(qū)號(hào)判斷的仿真圖3-4：18圖3-4 扇區(qū)判斷3.2.4計(jì)算X,Y,Z，T1和T2，以及其仿真實(shí)現(xiàn) 由推導(dǎo)可得：X=Y=Z=UDCT2UDCT2UDCbb+3Ua b-3Ua)（3-10）)對(duì)于不同扇區(qū)中的T1，T2按下表取值，為了保證正確還要對(duì)T1，T2進(jìn)行 飽和判斷：T1+T2T時(shí)，T1=T*T1/(T1+T2) ,T2=T*T2/(T1+T2)。不同扇區(qū)T1,T2值與X,Y,Z的對(duì)應(yīng)關(guān)系表表3-3根據(jù)以上公式，以及表1可以得到X，Y，Z，T1，T2的仿真實(shí)現(xiàn)圖19圖3-5 X Y Z 判斷圖3-6 計(jì)算T1 T2203.2.5計(jì)算開關(guān)作用時(shí)間3.2.6生成PWM波形

40、 圖3-7 開關(guān)作用時(shí)間PWM波形發(fā)生模塊的作用是產(chǎn)生6路PWM波形，控制6個(gè)IGBT的開關(guān)。可以利用Tcm1,Tcm2,Tcm3和等腰三角波進(jìn)行比較,就可以生成對(duì)稱空間矢量PWM波形，其中2，4，6路輸出分別是1，3，5路輸出的反相，所以，只要確定1，3，5路的波形，整個(gè)波形就確定了21圖3-5開關(guān)作用時(shí)間3.2.7基于SVPWM的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型在SVPWM模塊的基礎(chǔ)上，結(jié)合PMSM模塊、逆變器模塊、電機(jī)測(cè)量模塊、PI調(diào)節(jié)器模塊、坐標(biāo)變換模塊等就構(gòu)成了基于SVPWM的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型。模型如圖37所示。22圖3-7 系統(tǒng)仿真圖3.3：雙閉環(huán)仿真系統(tǒng)的建立和控制器

41、參數(shù)調(diào)整3.3.1雙閉環(huán)仿真系統(tǒng)的建立依據(jù)前述為永磁同步電機(jī)系統(tǒng)仿真所建立的各個(gè)模塊的輸入輸出關(guān)系，可以根據(jù)雙環(huán)矢量控制的原理構(gòu)建系統(tǒng)的仿真模型。其中所謂雙環(huán)是指內(nèi)部的電機(jī)電流PI調(diào)節(jié)反饋控制環(huán)路和外部的電機(jī)速度PI反饋控制環(huán)路。20選擇電流作為控制變量的基本原因是，在磁場(chǎng)定向控制時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩和磁通解耦后直接受控于定子電流的轉(zhuǎn)矩分量和磁鏈分量，通過(guò)控制電流就可以有效地控制轉(zhuǎn)矩和磁鏈。圖37中是雙閉環(huán)矢量控制仿真模型的系統(tǒng)框圖，其中電流環(huán)的反饋包含有轉(zhuǎn)子位置的反饋。速度環(huán)反饋包含轉(zhuǎn)子速度的反饋。所以變量都取國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位，所有速度單位都是電角速度。23電機(jī)參數(shù)功率0.75Kw，額定轉(zhuǎn)矩2.4Nm

42、轉(zhuǎn)矩常數(shù)0.571Nm/Arms，相繞組電感6.552mH，相繞組電阻0.901，極對(duì)數(shù)為4。給定速度2000r/min，在t=0時(shí)加入負(fù)載為2.4N.m，系統(tǒng)的PWM周期為Ts=0.00007s, 母線電壓為Udc=310V。參數(shù)調(diào)節(jié)總結(jié)如下：1)比例系數(shù)Kp作用在于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度。2124Kp越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，但將產(chǎn)生超調(diào)和振蕩甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此Kp不能取的過(guò)大；如果Kp取值較小，則會(huì)降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度緩慢，從而延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，使系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)特性變壞。21242)積分環(huán)節(jié)作用系數(shù)Ki的作用在于消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。Ki越大，積分速度越快，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差消

43、除越快；但Ki過(guò)大，在響應(yīng)過(guò)程的初期以及系統(tǒng)在過(guò)渡過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過(guò)程出現(xiàn)較大的超調(diào)，使動(dòng)態(tài)性能變差；若Ki過(guò)小，使積分作用變?nèi)?，使系統(tǒng)的靜差難以消除，使過(guò)渡過(guò)程時(shí)間加長(zhǎng)，不能較快的達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度和動(dòng)態(tài)特性。被控電機(jī)的參數(shù)與其控制性能關(guān)系不大，所以具有一定通用性。圖3-8 參數(shù)調(diào)整的流程圖經(jīng)過(guò)調(diào)試可以得到速度調(diào)節(jié)器的參數(shù)為：Kp=0.01,Ki=1。d軸電流調(diào)節(jié)器參數(shù)：Kp=60，Ki=20。q軸電流調(diào)節(jié)器參數(shù)：Kp=60，Ki=20。243.3.2仿真結(jié)果在調(diào)整好參數(shù)后，永磁同步電機(jī)仿真系統(tǒng)電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速響應(yīng)見圖39。仿真時(shí)給定速度為2000rads

44、，負(fù)載開始為2Nm，在時(shí)刻0015秒處轉(zhuǎn)矩跳變達(dá)到穩(wěn)定到由圖可見，電機(jī)的啟動(dòng)速度很快，且能準(zhǔn)確快速跟蹤給定速度，這些結(jié)果符合預(yù)先對(duì)控制系統(tǒng)的分析轉(zhuǎn)速wm三相電流ia ib ic25轉(zhuǎn)矩Te本文在分析永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制的基礎(chǔ)上，在MATLABSIMULINK環(huán)境下，采用矢量控制與經(jīng)典的速度、電流雙閉環(huán)控制方法建立了永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：波形符合理論分析，系統(tǒng)能平穩(wěn)運(yùn)行，并具有較好的靜、動(dòng)態(tài)特性。26第四章 結(jié)束語(yǔ)工作總結(jié)及評(píng)價(jià)永磁同步電動(dòng)機(jī)作為新一代的控制電機(jī)在高性能傳動(dòng)系統(tǒng)中獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)越的特性和節(jié)能效果使其在一定的功率范圍取代異步【11

45、】【12】 電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)。本人在閱讀文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，認(rèn)識(shí)到矢量控制仍然是當(dāng)前先進(jìn)伺服系統(tǒng)普遍采用的方法，有著良好的調(diào)速性能。在深入分析研究了永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、數(shù)學(xué)模型和矢量控制原理基礎(chǔ)上，作出了基于MATLABSIMULINK的永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)矢量控制仿真實(shí)現(xiàn)，變頻部分是采用空間電壓矢量脈寬調(diào)制PWM(SVPWM)方法。本系統(tǒng)以永磁同步電機(jī)為控制對(duì)象，通過(guò)對(duì)永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型的分析，建立永磁同步電機(jī)磁場(chǎng)電壓矢量控制控制系統(tǒng)。主要包括以下幾項(xiàng)工作：1研究空間電壓矢量控制同步電機(jī)的原理2：利用電壓矢量控制建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型3：利用MATLAB仿真軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)問(wèn)題的模型化及動(dòng)態(tài)仿真。SV

46、PWM技術(shù)其他技術(shù)相比，主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)1適合數(shù)字實(shí)現(xiàn)；每次開關(guān)切換只涉及到一個(gè)功率開關(guān)器件。2采樣時(shí)間T的長(zhǎng)短決定電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)接近圓形的程度，T越小，越逼近圓形，但T的大小和所用功率器件允許開關(guān)頻率有關(guān)。【4】【6】 3SVPWM比一般的SPWM直流電壓利用率提高15。27致 謝這次畢業(yè)論文能夠得以順利完成，是所有曾經(jīng)指導(dǎo)過(guò)我的老師，幫助過(guò)我的同學(xué)，一直支持著我的家人對(duì)我的教誨、幫助和鼓勵(lì)的結(jié)果。我要在這里對(duì)他們表示深深的謝意！最后，對(duì)老師，同學(xué)和家人再次致以我最衷心的感謝！參考文獻(xiàn):【1】 陳伯時(shí)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)M機(jī)械工業(yè)出版社，2006【2】 李志民，張遇杰同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)M機(jī)械工業(yè)出版社，1996【3】 李永東交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)M機(jī)械工業(yè)出版社，200228【4】 龔云飛，富歷新基于Matlab的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真研究J微電機(jī)2007【5】 BonGwan Gu、Kwanghee N柚， A Vector Control Scheme for aPM LinearSynchro