【正文】 ..................................................... 1 永磁同步電動(dòng)機(jī)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................................................................ 1 Matlab/Simlink簡(jiǎn)介 ................................................................................................ 2 本文研究的主要內(nèi)容 .................................................................................................. 3 第二章 永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) ............................................ 4 永磁同步電動(dòng)機(jī) ........................................................................................................ 4 永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) ............................................................................................. 5 第三章 PID 算法 ..................................................... 7 PID算法介紹 ........................................................................................................... 7 PID算法原理 ........................................................................................................... 7 PID算法數(shù)學(xué)模型 .................................................................................................... 9 第四章 永磁同步電機(jī)的矢量控制 ....................................... 13 矢量控制原理及電機(jī)方程 ........................................................................................ 13 矢量控制基 本思想和原理 .............................................................................. 13 矢量控制系統(tǒng)等效電機(jī)方程 .......................................................................... 14 永磁同步電機(jī)矢量控制數(shù)學(xué)模型 ............................................................................. 15 永磁同步電機(jī)的物理方 程 .............................................................................. 15 永磁同步電機(jī)的矢量控制模型 ....................................................................... 16 永磁同步電機(jī)等效電路 ................................................................................. 17 第五章 仿真結(jié)果與分析 .............................................. 20 Simlink的仿真步驟 ................................................................................................. 20 矢量坐標(biāo)變換的仿真 ............................................................................................... 22 正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)仿真 ................................................................ 23 結(jié)論 .............................................................. 27 參考文獻(xiàn) .......................................................... 28 附 錄 ........................................................... 30 謝 辭 ........................................................... 46 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒 論 永磁 同步 電動(dòng)機(jī)的國(guó)內(nèi) 外 研究現(xiàn)狀 早期對(duì)永磁同步電機(jī)的研究主要為固定頻率供電的永磁同步電機(jī)運(yùn)行特性的研究，特別是穩(wěn)態(tài)特性和直接起動(dòng)性能的研究。永磁同步電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)是依靠阻尼繞組提供的異步轉(zhuǎn)矩將電機(jī)加速到接近同步轉(zhuǎn)速，然后由磁阻轉(zhuǎn)矩和同步轉(zhuǎn)矩將電機(jī)牽入同步。 和 等人在這方面做了大量的研究工作。 上個(gè)世紀(jì)八十年代國(guó)外開始對(duì)逆變器供電的永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行深入的研究。逆變器供 電的永磁同步電機(jī)與直接起動(dòng)的永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相同，但在大多數(shù)情況下無(wú)阻尼繞組。阻尼繞組有以下缺點(diǎn)：第一，阻尼繞組產(chǎn)生熱量，使永磁材料溫度上升；第二，阻尼繞組增大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、使電機(jī)力矩慣量比下降；第三，阻尼繞組的齒槽使電機(jī)脈動(dòng)力矩增大。在逆變器供電情況下，永磁同步電機(jī)的原有特性將會(huì)受到影響，其穩(wěn)態(tài)特性和暫態(tài)特性與恒定頻率下的永磁同步電機(jī)相比有不同的特點(diǎn)。 1980 年后發(fā)表了大量的論文研究永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型、穩(wěn)態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性。 等研究了電壓型逆變器供電的永磁同步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)特性及電流 型逆變器供電的永磁同步電機(jī)穩(wěn)態(tài)特性。 隨著對(duì)永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)性能要求的不斷提高，需要設(shè)計(jì)出高效率、高力矩慣量比、高能量密度的永磁同步電機(jī) , 等人針對(duì)調(diào)速系統(tǒng)快速動(dòng)態(tài)性能和高效率的要求，提出現(xiàn)代永磁同步電機(jī)的控制方法。 隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的全數(shù)字控制也取得了很大的發(fā)展。 等研制了一種永磁同步電動(dòng) 機(jī)矢量控制系統(tǒng)，采用了十六位單片機(jī) 8097 作為控制計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了高精度、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的全數(shù)字控制。八十年代末，九十年代初 等發(fā)表了大量 關(guān)于永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)全數(shù)字控制的論文。 永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制器大多采用比例積分（ PI）控制。 PI 控制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能良好，對(duì)被控制對(duì)象參數(shù)變化不敏感等優(yōu)點(diǎn)。 1991 年， 首次在轉(zhuǎn)速控制器中采用自校正控制。早期自適應(yīng)控制主要應(yīng)用于直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)劉天華等首次將魯棒控制理論應(yīng)用于永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)。電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，模型和參數(shù)是不斷變化的，參數(shù)和模型的變化將引起控制系統(tǒng)性能的降低。天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 現(xiàn)代控制理論中的各種魯棒控制技術(shù)能夠使控制系統(tǒng)在模型和參數(shù)變化時(shí)保持良好 的控制性能。因此，將各種魯棒控制技術(shù)運(yùn)用于電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域，可以大大提高調(diào)速系統(tǒng)的性能。在這方面，運(yùn)用的較為成功的控制技術(shù)主要有：自適應(yīng)控制，變結(jié)構(gòu)控制，參數(shù)辨識(shí)技術(shù)等。 自適應(yīng)控制技術(shù)能夠改善控制對(duì)象和運(yùn)行條件發(fā)生變化時(shí)控制系統(tǒng)的性能， 等人將自適應(yīng)控制技術(shù)應(yīng)用于永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，自適應(yīng)控制技術(shù)能夠使調(diào)速系統(tǒng)在電機(jī)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)保持良好的性能?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制由于其特殊的“切換”控制方式與電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中逆變器的“開關(guān)”模式相似，并且具有良好的魯棒控制特性， 因此，在電機(jī)控制領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。 通過(guò)對(duì)電機(jī)參數(shù)變化進(jìn)行在線辨識(shí)，并運(yùn)用辨識(shí)的參數(shù)對(duì)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行控制，也能夠提高控制系統(tǒng)的魯棒性。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，智能控制己成為現(xiàn)代控制領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支，電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)中運(yùn)用智能控制技術(shù)也已成為目前電氣傳動(dòng)控制的主要發(fā)展方向，并且將帶來(lái)電氣傳動(dòng)技術(shù)的新紀(jì)元。目前，實(shí)現(xiàn)智能控制的有效途徑有三條：基于人工智能的專家系統(tǒng) (ExpertSystem)；基于模糊集合理論 (FuzzyLogic)的模糊控制；基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (Artificia1NeuralNetwork)的神經(jīng)控制。 等人從八十年代后期一直致力于人工智能技術(shù)在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用，并取得了可喜的研究成果 Matlab/Simlink 簡(jiǎn)介 MATLAB 是矩陣實(shí)驗(yàn)室（ Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱，是美國(guó) MathWorks 公司出品的商業(yè) 數(shù)學(xué)軟件 ，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，主要包括 MATLAB 和 Simulink 兩大部分。 MATLAB 是由美國(guó)mathworks 公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、 矩陣計(jì)算 、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非 線性 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的 建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(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)算的眾多科學(xué) 領(lǐng)域 提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如 C、 Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平 。 MATLAB 和 Mathematica、 Maple 并稱為三大 數(shù)學(xué) 軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在 數(shù)值計(jì)算 方面首屈一指。 MATLAB 可以進(jìn)行 矩陣 運(yùn)算、繪制 函數(shù) 和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn) 算法 、創(chuàng)建用戶界面、連 接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、 圖像處理 、 信號(hào)檢測(cè) 、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù) 學(xué)、工程中常用的形式天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 十分相似，故用 MATLAB 來(lái)解算問(wèn)題要比用 C， FORTRAN 等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且 MATLAB 也吸收了像 Maple 等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使 MATLAB 成為一個(gè)強(qiáng)大的 數(shù)學(xué)軟件 。在新的版本中也加入了對(duì) C， FORTRAN， C++， JAVA 的支持?？梢灾苯诱{(diào)用 ,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲?MATLAB 函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的 MATLAB愛(ài)好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。 Simulink 是 MATLAB 最重要的組件之一，它提供一個(gè) 動(dòng)態(tài)系統(tǒng) 建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書寫程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出 復(fù)雜的系統(tǒng)。 Simulink 具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn) Simulink 已被廣泛應(yīng)用于控制理論和 數(shù)字信號(hào)處理 的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì) 。 Simlink 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具， 是一種基于 MATLAB 的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè) 軟件包 ，被廣泛應(yīng)用于 線性系統(tǒng) 、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。 Simulink 可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型， Simulink 提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口 (GUI) ，這 個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 Simulink 是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對(duì)各種 時(shí)變系統(tǒng) ，包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和 圖像處理系統(tǒng) ， Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫(kù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。 構(gòu)架在 Simulink 基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了 Simulink 多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。 Simulink 與 MATLAB 緊密集成，可以直接訪問(wèn) MATLAB 大量的工具來(lái)進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理 腳本 的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義。 本文首先簡(jiǎn)要介紹了永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，繼而分析了