永磁同步電機(jī)的矢量控制-現(xiàn)代電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)與報(bào)告

南京師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告南京師范大學(xué)現(xiàn)代電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)與報(bào)告題目：永磁同步電機(jī)矢量控制學(xué)院：電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程填寫日期：2016年12月27日南京師范大學(xué)研究生課程學(xué)習(xí)考試成績(jī)單（試卷封面）院系電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院專業(yè)電氣工程研究生姓名學(xué)號(hào)課程名稱現(xiàn)代電力電子技術(shù)授課時(shí)間2016-2017第一學(xué)期周學(xué)時(shí)2學(xué)分2簡(jiǎn)要評(píng)語(yǔ)本課題介紹了電機(jī)控制常見(jiàn)的三種坐標(biāo)系并給出不同坐標(biāo)系間的坐標(biāo)變換。在這三種坐標(biāo)系下分別建立了細(xì)永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。并在坐標(biāo)變換的基礎(chǔ)上引出了永磁同步電機(jī)的矢量控制原理，分析了采用的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制方法及其優(yōu)缺點(diǎn)，并給出了其實(shí)現(xiàn)原理框圖。最后搭建MATLAB模型，利用電流與速度的雙閉環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電機(jī)的控制?？己苏擃}總評(píng)成績(jī)（含平時(shí)成績(jī)）備注任課教師簽名：批改日期：注：1、以撰寫論文為考核形式的，填寫此表，綜合考試可不填；2、本成績(jī)單由任課教師填寫，填好后與作業(yè)（試卷）一并送院（系）研究生秘書處；3、學(xué)位課總評(píng)成績(jī)須以百分制記分。永磁同步電機(jī)矢量控制摘要：近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)，微電子技術(shù)，稀土永磁材料的迅速發(fā)展，及永磁電機(jī)研究開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的成熟，使得永磁同步電機(jī)廣泛應(yīng)用于國(guó)防，工農(nóng)業(yè)和日常生活中。本文在分析永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，借助MATLAB/SIMULINK的強(qiáng)大仿真建模能力，建立了PMSM的矢量控制系統(tǒng)的仿真模型，同時(shí)還詳細(xì)的介紹了矢量控制系統(tǒng)中的各控制單元模型的建立，并對(duì)其控制結(jié)果進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；MATLAB；矢量控制；Abstract:Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofpowerelectronictechnology,microelectronictechnology,rareearthpermanentmagnetmaterial,andthematurityofresearchanddevelopmentofpermanentmagnetmotor,permanentmagnetsynchronousmotoriswidelyusedinnationaldefense,industryandagricultureanddailylife.Basedontheanalysisofthemathematicalmodelofpermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM),thesimulationmodelofPMSMvectorcontrolsystemisestablishedbyMATLAB/SIMULINK.Atthesametime,thecontrolunitofvectorcontrolsystemisintroducedindetail.Themodelisestablishedandthecontrolresultsareanalyzed.Keywords:permanentmagnetsynchronousmotor;MATLAB;vectorcontrol;

第1章本課題研究的背景和意義在直流電機(jī)、異步電機(jī)、同步電機(jī)三大電機(jī)系統(tǒng)中，永磁同步電機(jī)因其性能優(yōu)良和結(jié)構(gòu)多樣，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)制造、日常生活以及航空航天事業(yè)等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。為使得電機(jī)有較好的控制性能，需要使用變頻器對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制。因此，研究如何在通用變頻器上實(shí)現(xiàn)永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制具有非常重要的實(shí)用價(jià)值：（1）永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)是一種高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)。由于永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、效率高、過(guò)載能力大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小以及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，并且利用矢量控制思想，永磁同步電機(jī)可以使得輸出轉(zhuǎn)矩隨定子電流線性變化，永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)可以達(dá)到優(yōu)越的控制性能。（2）我國(guó)是世界上最早利用磁的國(guó)家，早在公元前年前后就己經(jīng)有相關(guān)天然磁石的記載。同時(shí)，永磁材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與電子信息、通信技術(shù)、礦業(yè)、航空航天、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)密切相關(guān)，具有重要的戰(zhàn)略意義。（3）微電子技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了數(shù)字技術(shù)在調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，配合高效軟件可提供較好的靈活性和控制性能。電機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)字化進(jìn)程是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展的方向之一。相比于模擬控制，數(shù)字控制更易于實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制策略，同時(shí)數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且高效節(jié)能。第2章永磁同步電機(jī)工作原理及其控制方法2.1工作原理（1）電機(jī)是以磁場(chǎng)為媒介進(jìn)行機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置。（2）為在電機(jī)內(nèi)建立進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換所必須的氣隙磁場(chǎng)，可有兩種方法：一種是在電機(jī)繞組內(nèi)通以電流來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，如普通的直流電機(jī)，同步電機(jī)和異步電機(jī)等；另一種是永磁體來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，即永磁同步電機(jī)。（3）從基本原理來(lái)講：永磁同步電機(jī)與傳統(tǒng)電勵(lì)磁同步電機(jī)是一樣的，其唯一區(qū)別為傳統(tǒng)的電勵(lì)磁同步電機(jī)是通過(guò)在勵(lì)磁繞組中通入電流來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)的，而永磁同步電機(jī)是通過(guò)磁體來(lái)建立磁場(chǎng)的，并由此引起兩者分析方法存在差異。2.2常用坐標(biāo)系及其變換2.2.1矢量控制系統(tǒng)中的三種坐標(biāo)系在研究矢量控制算法時(shí)，常見(jiàn)的有三種坐標(biāo)系如下：（1）三相靜止坐標(biāo)系（abc坐標(biāo)系），a軸、b軸、c軸所在的位置是定子三相繞組軸心所在的位置，相位在空間上互差120°電角度；（2）兩相靜止坐標(biāo)系（αβ坐標(biāo)系），其中，α軸重合于a軸，β軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)超前于α軸90°電角度；（3）兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（dq坐標(biāo)系），d軸位于N轉(zhuǎn)子極所在位置，并隨著轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，q軸逆時(shí)針超前d軸90°電角度。圖2.1PMSM的空間矢量圖這三種坐標(biāo)系在空間的相對(duì)位置如圖2.1所示，下面分別建立永磁同步電機(jī)在這三種坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。2.2.2PMSM在三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型電壓方程：（2.1）其中，、、分別為abc三相電壓，、、分別為abc三相電流，、、分別為abc三相磁鏈，為電樞電阻，磁鏈方程：（2.2）其中，、、各相繞組自感，且有；、、、、、為繞組間的互感，且有。；為轉(zhuǎn)子永磁磁鏈，為轉(zhuǎn)子磁極位置即轉(zhuǎn)子極與a相軸線的夾角。2.2.3PMSM在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型要研究PMSM在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，首先需要研究坐標(biāo)變換。定義為三相靜止坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣（即Clark變換）。在坐標(biāo)變換的過(guò)程中，要保持坐標(biāo)變換前后的功率和矢量幅值不變。變換后的兩相繞組每相阻數(shù)應(yīng)為原來(lái)的倍；若要保持坐標(biāo)變換前后的矢量幅值不變，變換后的兩相繞組每相阻數(shù)應(yīng)為原來(lái)的3/2倍?；诠β?、矢量幅值不變的原則，可得變換矩陣如式（2.3） （2.3）對(duì)式（2.3）（求逆矩陣就可得到兩相靜止坐標(biāo)系到三相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣（即反Clark變換）如式（2.4）所示，（2.4）當(dāng)a、b、c各相繞組上的電壓與電流分別為互差120°的正弦量時(shí)，則變換到αβ繞組上的電壓與電流就是互差90°的正弦量。三相繞組與兩相繞組在氣隙中產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)是一致的，并且該磁動(dòng)勢(shì)以電壓（或電流）的角速度旋轉(zhuǎn)。將式（2.1)、式(2.2)經(jīng)過(guò)式（2.3)的Clark變換即可得到PMSM在兩相靜止坐標(biāo)系下的電壓方程和磁鏈方程，如式（2.5)和式（2.6)所示。電壓方程：(2.5)其中，、為αβ軸電壓，、為軸電流，、為αβ軸磁鏈。磁鏈方程：(2.6)其中，為αβ軸電感，為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電角速度。2.2.4PMSM在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型定義為兩相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換（Park即變換），有(2.7)其逆變換為Park反變換，有(2.8)將式（2.5）、式（2.6）經(jīng)過(guò)式（2.7）的變換即可得到PMSM在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，如式（2.9）和式（2.10）所示。電壓方程：（2.9）其中，、為dq軸電壓，、為dq軸電流，、軸dq電感，、為dq軸磁鏈。磁鏈方程：（2.10）轉(zhuǎn)矩方程：（2.11）狀態(tài)方程：（2.12）其中，為p微分算子?？梢?jiàn)，PMSM在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型仍為一組非線性微分方程，但這組微分方程相比三相靜止坐標(biāo)系中的要簡(jiǎn)單得多，特別是對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)至關(guān)重要的轉(zhuǎn)矩方程，從式（2.11)可以看出，由于運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中轉(zhuǎn)子磁鏈恒定不變，所以要調(diào)節(jié)的電磁轉(zhuǎn)矩，只需調(diào)節(jié)定子交直軸電流分量（、）即可。2.3永磁同步電機(jī)的幾種磁場(chǎng)定向控制方式根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，可將轉(zhuǎn)子永磁磁鏈定在不同的坐標(biāo)軸上，現(xiàn)在用得較多的磁場(chǎng)定向控制方式有：氣隙磁鏈定向控制、阻尼磁鏈定向控制、定子磁鏈定向控制、轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制。對(duì)于以永磁同步電機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)而言，主要采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制方式，該方式特別適用于小容量調(diào)速系統(tǒng)。永磁同步電機(jī)的電流控制方法主要有：控制的控制，即控制軸電流為0，使得定子電流沒(méi)有直軸分量，只有交軸分量。優(yōu)點(diǎn)：此類控制方法的控制性能類似于直流電機(jī)，控制簡(jiǎn)單，易于數(shù)字實(shí)現(xiàn)且能實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)矩隨電流的線性變化關(guān)系，調(diào)速范圍寬。缺點(diǎn)：當(dāng)電機(jī)的負(fù)載增加時(shí)，定子電流和定子反電勢(shì)都隨之增大，這必然使得定子電壓升高，同時(shí)定子電壓與電流的夾角增大導(dǎo)致功率因數(shù)的降低，這將要求提高逆變器的容量。適用場(chǎng)合：小容量調(diào)速系統(tǒng)、高性能的控制場(chǎng)合。最大轉(zhuǎn)矩電流比控制該控制方式以輸出某一轉(zhuǎn)矩為目標(biāo)，最優(yōu)配置軸電流，使得輸出目標(biāo)轉(zhuǎn)矩所需的定子電流最小。優(yōu)點(diǎn)：相同的電流產(chǎn)生最大的轉(zhuǎn)矩，使得系統(tǒng)高效節(jié)能，降低成本。在該方法的基礎(chǔ)上對(duì)電機(jī)采用弱磁控制還可以改善電機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)性能。缺點(diǎn)：控制算法相對(duì)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)不易，且功率因數(shù)會(huì)隨著輸出轉(zhuǎn)矩的增大兒快速下降。適用場(chǎng)合：功率較低的交流調(diào)速系統(tǒng)，對(duì)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)即過(guò)載能力要求比較高的系統(tǒng)?？刂破渲?，為定子電壓與電流的夾角，控制是通過(guò)控制定子d、q軸電流，保持電機(jī)的功率因數(shù)恒為1的一種控制方式。優(yōu)點(diǎn)：功率因數(shù)高，能充分利用變頻器容量。缺點(diǎn)：由于永磁同步電機(jī)由轉(zhuǎn)子永磁體勵(lì)磁，且永磁體磁鏈幾乎不變，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，電樞繞組的總磁鏈不為定值，因此不能實(shí)現(xiàn)定子電流隨轉(zhuǎn)矩的線性變化關(guān)系。適用場(chǎng)合：大功率調(diào)速系統(tǒng)（4）恒磁鏈控制恒磁鏈控制是通過(guò)合理控制電機(jī)的定子電流，使電機(jī)氣隙磁鏈和轉(zhuǎn)子永磁磁鏈相等，這種控制方式屬于氣隙磁場(chǎng)定向控制方式。優(yōu)點(diǎn)：該控制方式功率因數(shù)高，在一定程度上電動(dòng)機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩得以提高，并且在輸出相同轉(zhuǎn)矩情況下，所需要的逆變器容量比方式小。缺點(diǎn)：去磁分量大。適用場(chǎng)合：大功率調(diào)速系統(tǒng)。弱磁控制弱磁控制應(yīng)用于電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行時(shí)的場(chǎng)合。當(dāng)電機(jī)恒功率區(qū)工作時(shí)，隨著電機(jī)速度的提升，電機(jī)定子電壓也隨之升高，當(dāng)定子電壓達(dá)到額定電壓，此時(shí)若要繼續(xù)提升電機(jī)轉(zhuǎn)速，不能再通過(guò)繼續(xù)升壓的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，只能通過(guò)降低勵(lì)磁磁鏈減小反電勢(shì)部分的電壓來(lái)維持電壓平衡。永磁同步電機(jī)的由永磁體產(chǎn)生主磁場(chǎng)而無(wú)法調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁鏈，只有通過(guò)增加d軸去磁分量來(lái)削弱主磁場(chǎng)，方能繼續(xù)提升電機(jī)轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)可運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速以上。缺點(diǎn)：永磁同步電機(jī)在弱磁恒功率區(qū)運(yùn)行的效果較差，只能短期運(yùn)行。長(zhǎng)時(shí)間的弱磁運(yùn)行必須采取特殊的控制方法。適用場(chǎng)合：當(dāng)電機(jī)電壓達(dá)到額定，但仍需要繼續(xù)升速的場(chǎng)合。第3章永磁同步電機(jī)矢量控制原理3.1永磁同步電機(jī)矢量控制原理3.1.1矢量控制系統(tǒng)的基本思想1971年，德國(guó)學(xué)者Blaschke和Hasse提出了矢量控制（Vector）理論，并將之應(yīng)用于交流調(diào)速系統(tǒng)中，從理論上解決了交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的高性能控制問(wèn)題。矢量控制的基本思想是：在普通的三相交流電動(dòng)機(jī)上設(shè)法模擬直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的方法，在轉(zhuǎn)子磁鏈定向的坐系上，將電機(jī)定子電流矢量分解成產(chǎn)生主磁場(chǎng)的勵(lì)磁電流分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流分量且勵(lì)磁電流的方向定位于永磁磁鏈上，并使得兩個(gè)分量相互垂直，彼此獨(dú)立，然后分別進(jìn)行控制。這樣交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制在原理上和特性上就和直流電機(jī)相似了。因此，矢量控制的關(guān)鍵是控制定子電流矢量的幅值和方向，最終改善轉(zhuǎn)矩控制性能。在定子側(cè)的各個(gè)物理量（電壓、電流、磁鏈等）都是交流量，需要借助于坐標(biāo)變換，將各變量從三相靜止坐標(biāo)系變換到跟隨轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上。然后站在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上觀察，電機(jī)的各個(gè)空間矢量都變成了靜止矢量，在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上原來(lái)的交流量也就變成了直流量。通過(guò)對(duì)這些直流量的控制就能使交流電機(jī)達(dá)到直流電機(jī)的控制性能。3.1.2PMSM的矢量控制的特點(diǎn)本課題采用的永磁同步電機(jī)矢量控制是一種基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的控制策略，并對(duì)電機(jī)勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行解稱控制，只是由于永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體勵(lì)磁產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)。由于電機(jī)參數(shù)、結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用場(chǎng)合的不同，所以應(yīng)采取不同的控制方法。幾種矢量控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)在2.3節(jié)已經(jīng)給出詳細(xì)的闡述，本文主要研究永磁同步電機(jī)在小容量調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，所以選用二的矢量控制方法。由轉(zhuǎn)矩方程式（2.11）可以看出，若能在永磁同步電機(jī)整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中保證，則轉(zhuǎn)矩只受定子電流q軸分量的影響。對(duì)于SPMSM而言，則式（2.11）簡(jiǎn)化為，采用的控制方法可以使得定子電流全部用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，在要求產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩一定的情況下，需要的定子電流最小，即為最大轉(zhuǎn)矩電流比控制，可以大大降低銅耗，提高效率，這也是通常采用的原因所在。的控制方法有以下特點(diǎn)：（1）控制算法簡(jiǎn)單，工程上易于數(shù)字實(shí)現(xiàn)；（2）轉(zhuǎn)子磁鏈與定子電流轉(zhuǎn)矩分量解稱，相互獨(dú)立；（3）定子電流勵(lì)磁分量為0，使得永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)一步簡(jiǎn)化；（4）對(duì)于SPMSM，的控制即為最大轉(zhuǎn)矩電流比控制；（5）對(duì)于IPMSM，的控制不能充分利用磁阻轉(zhuǎn)矩；（6）隨著負(fù)載增加，定子電流增加，定子電壓矢量與定子電流矢量的夾角增大，造成同步電機(jī)功率因數(shù)降低。3.1.3控制方案的實(shí)現(xiàn)結(jié)合前文公式推導(dǎo)，采用控制方法時(shí)，PMSM的矢量控制算法框圖如下圖3.1所示：圖3.1PMSM的矢量控制算法框圖永磁同步電機(jī)矢量控制過(guò)程：加減速之后的頻率（目標(biāo)值）與檢測(cè)到的電機(jī)實(shí)際頻率（反饋值）的差值經(jīng)速度調(diào)節(jié)器（AutomationSpeedRegulator簡(jiǎn)稱ASR）得到轉(zhuǎn)矩電流的給定值（）。轉(zhuǎn)矩電流的給定值與檢測(cè)到的電機(jī)實(shí)際的轉(zhuǎn)矩電流的差值經(jīng)電流調(diào)節(jié)器（AutomationCurrentRegulator簡(jiǎn)稱ACR）得到需向電機(jī)施加的q軸電壓值；的期望值0與檢測(cè)到的電機(jī)的實(shí)際d軸電流（）的差值經(jīng)過(guò)電流調(diào)節(jié)器（AutomationCurrentRegulator簡(jiǎn)稱ACR）得到需向電機(jī)施加的d軸電壓值。、經(jīng)2r/2s坐標(biāo)變換得到、，再經(jīng)過(guò)SVPWM計(jì)算，得到個(gè)的控制信號(hào)，最終向電機(jī)施加合適的三相電壓。第4章MATLAB的仿真分析4.1MATLAB軟件介紹MATLAB（矩陣實(shí)驗(yàn)室）是MATrixLABoratory的縮寫，是一款由美國(guó)TheMathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件。MATLAB是一種用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境。除了矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)/數(shù)據(jù)圖像等常用功能外，MATLAB還可以用來(lái)創(chuàng)建用戶界面及與調(diào)用其它語(yǔ)言（包括C，C++和FORTRAN）編寫的程序。盡管MATLAB主要用于數(shù)值運(yùn)算，但利用為數(shù)眾多的附加工具箱（Toolbox）它也適合不同領(lǐng)域的應(yīng)用，例如控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析、圖像處理、信號(hào)處理與通訊、金融建模和分析等。另外還有一個(gè)配套軟件包Simulink，提供了一個(gè)可視化開發(fā)環(huán)境，常用于系統(tǒng)模擬、動(dòng)態(tài)/嵌入式系統(tǒng)開發(fā)等方面。本課題運(yùn)用了Simulink搭建模型對(duì)永磁同步電機(jī)矢量控制的仿真。4.2仿真結(jié)果分析運(yùn)用MATLAB搭建兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到三相靜止坐標(biāo)系統(tǒng)，如圖4.1所示，交直軸電流iq、id及電機(jī)反饋角度the經(jīng)過(guò)反Park變換及反Clark轉(zhuǎn)換成三相電路電流ia、ib、ic，然后經(jīng)MUX模塊轉(zhuǎn)到逆變電路。逆變電路如圖4.2所示，主要作用是將三相電流ia、ib、ic及參考電流ir經(jīng)過(guò)比較模塊及換算，轉(zhuǎn)換成Vab、Vbc，然后在經(jīng)過(guò)運(yùn)算模塊，轉(zhuǎn)換成三相相電壓Va、Vb、Vc，然后用來(lái)控制永磁同步電機(jī)。圖4.1(1)兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到三相靜止坐標(biāo)系統(tǒng)圖4.2(2)逆變電路兩個(gè)主要子系統(tǒng)建模完成后，開始進(jìn)行仿真整體建模，如圖4.3所示，為永磁同步電機(jī)矢量控制Simulink仿真模型。首先給定id=0A，io=0A以及初始轉(zhuǎn)矩T=6N.m，為電機(jī)的矢量控制做準(zhǔn)備。然后再通過(guò)給定一個(gè)角速度，與反饋過(guò)來(lái)的角速度進(jìn)行比較調(diào)整，得出iq的變化值，再經(jīng)過(guò)兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到三相靜止坐標(biāo)系統(tǒng)和PWM逆變電路對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整。圖示4.3永磁同步電機(jī)矢量控制Simulink仿真模型4.2.1電流波形圖4.4電流波形圖仿真分析：橫坐標(biāo)：時(shí)間t(s)，縱坐標(biāo)：電流I(A),經(jīng)過(guò)矢量控制調(diào)整后，電流波形趨于正弦化，結(jié)果與理論值比較接近，效果明顯。4.2.2轉(zhuǎn)速波形圖4.5轉(zhuǎn)速波形圖仿真分析：永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速波形圖如圖4.5所示，橫坐標(biāo)：時(shí)間t(s)，縱坐標(biāo)：角速度ω(rad/s),在很短時(shí)間內(nèi)，電機(jī)完成矢量控制，達(dá)到設(shè)定值，然后轉(zhuǎn)速進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，趨于穩(wěn)定，效果比較好。4.2.3轉(zhuǎn)矩波形圖4.6轉(zhuǎn)矩波形圖仿真分析：永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩波形圖如圖4.6所示，橫坐標(biāo)：時(shí)間t(s)，縱坐標(biāo)：轉(zhuǎn)矩T(N.m)，控制過(guò)程完成后，轉(zhuǎn)矩以初始轉(zhuǎn)矩為中心，來(lái)回上下波動(dòng)，且波動(dòng)幅度基本穩(wěn)定在1N.m，可以說(shuō)脈動(dòng)比較平穩(wěn)，效果比較好。本課題小結(jié)本課題介紹了電機(jī)控制常見(jiàn)的三種坐標(biāo)系并給出不同坐標(biāo)系間的坐標(biāo)變換。在這三種坐標(biāo)系下分別建立了細(xì)永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。并在坐標(biāo)變換的基礎(chǔ)上引出了永磁同步電機(jī)的矢量控制原理，分析了采用的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制方法及其優(yōu)缺點(diǎn)，并給出了其實(shí)現(xiàn)原理框圖。最后給出了MATLAB仿真模擬分析。為后續(xù)章節(jié)中的系統(tǒng)仿真以及軟硬件實(shí)現(xiàn)打下理論基礎(chǔ)。從理論到實(shí)踐，在專業(yè)課程設(shè)計(jì)持續(xù)的日子里，可以培養(yǎng)我們學(xué)到很多東西，不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí),掌握了Clark變換和Park變換的相關(guān)知識(shí)。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我們認(rèn)識(shí)到理論和實(shí)際相結(jié)合的重要性，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，在理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中隨時(shí)會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)會(huì)不斷發(fā)現(xiàn)自己的不足之處。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程對(duì)我們團(tuán)隊(duì)而言可以說(shuō)是困難重重。譬如以前學(xué)習(xí)的知識(shí)理解不夠深刻，掌握的不夠牢固，不會(huì)查閱資料，覺(jué)得無(wú)從下手等等。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)交流學(xué)習(xí)，按照當(dāng)初制定的計(jì)劃實(shí)施，在執(zhí)行計(jì)劃過(guò)程中學(xué)會(huì)查閱資料，克服心理上的不良情緒，不斷的學(xué)習(xí)和解決困難，磨練了我們的意志。本次課程設(shè)計(jì)有效的培養(yǎng)了我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐，使我們所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)得到鞏固。使我們接觸和了解實(shí)際局部設(shè)計(jì)從收集資料、方案比較、軟硬件設(shè)計(jì)及整體調(diào)試的全過(guò)程，進(jìn)一步提高我們的分析、綜合能力以及工程設(shè)計(jì)中分析設(shè)計(jì)的基本能力，為我們今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)做必要的準(zhǔn)備，并為畢業(yè)后的工作學(xué)習(xí)提供了借鑒思路?；贑8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營(yíng)養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測(cè)試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測(cè)儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測(cè)儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測(cè)量?jī)x的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號(hào)檢測(cè)儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測(cè)性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測(cè)微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測(cè)基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測(cè)量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測(cè)量?jī)x的研制基于單片機(jī)的紅外測(cè)油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測(cè)漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無(wú)功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)信號(hào)的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動(dòng)譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機(jī)的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)與Internet互聯(lián)的研究與實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機(jī)控制器的研究基于單片機(jī)γ-免疫計(jì)數(shù)器自動(dòng)換樣功能的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式以太網(wǎng)防盜報(bào)警系統(tǒng)基于51單片機(jī)的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在擠壓機(jī)上的應(yīng)用MSP430單片機(jī)在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用單片機(jī)在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用基于ATmega16單片機(jī)的流量控制器的開發(fā)HYPERLINK