【正文】 永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真畢業(yè)論文目錄 摘要 IAbstract II1 緒論 1 課題的目的和意義 1 1 22 永磁同步電機(jī)系統(tǒng)原理 4 永磁同步電機(jī)基本組成 5 永磁同步電機(jī)的工作原理 63永磁同步電機(jī)控制調(diào)速方法 8 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 8 經(jīng)典PI控制調(diào)速原理 11 模糊PI控制調(diào)速原理 124 Matlab建模與仿真設(shè)計(jì) 15 matlab軟件介紹 15 155仿真結(jié)果與分析 206 總結(jié) 25參考文獻(xiàn) 26附錄 28致謝 29I邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1 緒論 課題的目的和意義由于永磁同步電動(dòng)機(jī)具備制造結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、占地空間體積小、工作效率比較高、電磁機(jī)械轉(zhuǎn)矩的電流比大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、節(jié)能環(huán)保和比較好散發(fā)出熱量以及維修保護(hù)等很多良好特點(diǎn)。我們國家是一個(gè)有著豐富的稀土資源的國家，特別是隨著科技的不斷創(chuàng)新,使得現(xiàn)在的永磁材料價(jià)格也在不斷地降低,而且永磁材料的磁性也在不斷地提高,以及現(xiàn)在新型的永磁材料的也不斷涌現(xiàn)，在不久的將來,永磁同步電機(jī)使用將一定會(huì)迎來一個(gè)前所未有的良好機(jī)會(huì)，而且其應(yīng)用的范圍也在不斷地?cái)U(kuò)張變大。尤其是像在一些工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)、航天導(dǎo)彈、衛(wèi)星航空、國防工程和日常的生活等場(chǎng)合得到廣泛的應(yīng)用。對(duì)于永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真的研究，我們的主要目的是為了能夠在研發(fā)探索過程中，尋找出一種最優(yōu)化的控制方法，以便于我們以后能夠很好地掌握和使用永磁同步電機(jī)。雖然永磁同步電機(jī)的調(diào)速控制技術(shù)目前取得了很大的成果，各種控制調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用也正在逐步成熟中，比如經(jīng)典PI控制、模糊PI控制、SVPWM、DSP控制方法等都在實(shí)際工程中得到了廣泛的使用。但是，在實(shí)際工程使用過程當(dāng)中，各種調(diào)速控制方法都存在著或多或少的不足之處，比如說低速特性不夠達(dá)到期望的結(jié)果，有些過多地依靠了電機(jī)的參數(shù)等等問題。因此，通過將各種調(diào)速方法進(jìn)行對(duì)比，對(duì)這些控制調(diào)速策略中存在的問題進(jìn)行研究，選擇出最優(yōu)化的控制調(diào)速方法就有著十分重大的意義。 永磁同步電機(jī)的國內(nèi)外現(xiàn)狀及水平我們國家自從1970年之后就開始著手于關(guān)注和探索永磁電機(jī)控制調(diào)速方向的技術(shù)，主要的研發(fā)力量集中在全國重點(diǎn)院校和中科院研究開發(fā)工作點(diǎn)，以工農(nóng)業(yè)、軍事航天為主要研究方向。比較著名的研發(fā)地點(diǎn)是上海的機(jī)床所、北京的微特電機(jī)研究所、中科院武漢自動(dòng)化所等。1980年之后開始進(jìn)入軍工、企業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，直到1999年，我們國家自己生產(chǎn)的永磁同步電機(jī)在數(shù)量少、價(jià)格成本比較高、使用范圍小的情況下，技術(shù)程度和可靠程度難以滿足人們生活的需要。2000年之后，尤其值得一提的是我國是一個(gè)稀土材料的大國，儲(chǔ)存著巨多的稀土資源，而且對(duì)于這些稀土資源的提煉技術(shù)也走在了世界的前列。再傳統(tǒng)使用的電機(jī)中，都使用了用電流來勵(lì)磁的勵(lì)磁系統(tǒng)，這樣做會(huì)使得系統(tǒng)產(chǎn)生大量的無功功率，還浪費(fèi)了許多電能和銅繞線。今天我們生產(chǎn)出了永磁電機(jī)，他一般使用的是轉(zhuǎn)子永磁體來勵(lì)磁，節(jié)約了電能和銅導(dǎo)線，而且提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)。目前在國內(nèi)主要的永磁同步電機(jī)的主要廠家有中國南車株洲電機(jī)廠、包頭稀土永磁電機(jī)廠、蘭州電機(jī)廠等。在國外上，永磁同步電機(jī)系統(tǒng)，采用新型功率半導(dǎo)體器件、電力電子的逆變器電路、以及永磁同步電機(jī)專用模塊。如歐姆龍工業(yè)自動(dòng)化公司提出的伺服系統(tǒng)控制采用模塊化的可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，為電機(jī)各種設(shè)備提供了一個(gè)鏈接，來獲得電路故障的保護(hù)工作和過大的電流保護(hù)工作。在國外廠商的永磁電機(jī)產(chǎn)品每隔五年就會(huì)換代，新的永磁電機(jī)工作元件也會(huì)每?jī)傻轿迥陼?huì)更新一次，新的語言仿真算法則會(huì)在不斷地變化，總之生命周期越來越短。 永磁同步電機(jī)的應(yīng)用前景由于目前電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的得到了快速的發(fā)展，永磁同步電機(jī)的控制技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)比較熟練并且在不斷地優(yōu)化當(dāng)中，當(dāng)今的永磁同步電機(jī)已經(jīng)把以往的同步電機(jī)的使用范圍給進(jìn)行了不斷地大大擴(kuò)展。我們可以這么說，永磁同步電機(jī)已不斷地?cái)U(kuò)展使用范圍，從一般控制調(diào)速到高精度的模糊智能控制調(diào)速，從廣大的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域到可以觸摸到的各種高精尖的科技領(lǐng)域，它已經(jīng)稱為了性能最好的電機(jī)了，而且這只能夠使前景會(huì)越來越明顯。我們可以看到，永磁同步電機(jī)將會(huì)向著高效率化、直接驅(qū)動(dòng)、高速、高準(zhǔn)確度、高性能化、廣泛化、智能控制化和網(wǎng)絡(luò)模塊化等方向不斷地向前進(jìn)步。2 永磁同步電機(jī)系統(tǒng)原理永磁同步電機(jī)其本身是一個(gè)轉(zhuǎn)子使用永磁鐵來產(chǎn)生磁場(chǎng)，定子上通過三相交流繞組的同步電動(dòng)機(jī)，它有定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子位置傳感器和逆變電路等結(jié)構(gòu)部件來構(gòu)成的，對(duì)于有些永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器是否需要安裝取決于工程的需要和成本的考慮問題。無論轉(zhuǎn)子還是定子使用永磁體都要根據(jù)具體的情況具體分析設(shè)計(jì)。只有當(dāng)電機(jī)對(duì)于有些永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器是否需要安裝取決于工程的需要和成本的考慮問題。永磁同步電機(jī)的電機(jī)系統(tǒng)可以是有電動(dòng)機(jī)，逆變器組成和轉(zhuǎn)子位置傳感器組成的。圖21永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖 永磁同步電機(jī)基本組成 電機(jī)永磁同步電機(jī)也是由轉(zhuǎn)子及定子兩大部件所構(gòu)成，相對(duì)于同步的電流勵(lì)磁電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)差不了多少，在目前的大多數(shù)情況下，我們都是把轉(zhuǎn)子做成了永磁體，定子的上面繞上三相交流繞組，這樣才能更好的發(fā)揮出永磁電機(jī)的優(yōu)越性能。對(duì)于要了解電機(jī)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)知識(shí)，以使得我們更好地掌握永磁同步電機(jī)，我們可以去查閱參考相關(guān)的文獻(xiàn)。圖22電機(jī)旋轉(zhuǎn)示意圖定子：定子作為電機(jī)中靜止不動(dòng)的，它由交流三相繞組、鐵芯和端蓋等部分所構(gòu)成。同時(shí)也通常稱為電機(jī)的電樞部分。圖23定子圖轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子是永磁同步電機(jī)中能夠旋轉(zhuǎn)的部分，轉(zhuǎn)子一般分為表面凸出式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和表面插入式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。在日常生活應(yīng)用中，我們一般都是將永磁體都安裝在轉(zhuǎn)子上面的。對(duì)于關(guān)于永磁同步電機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)部分的理論知識(shí)方面，我們可以去查閱參考相關(guān)的文獻(xiàn)。圖24轉(zhuǎn)子圖電機(jī)的轉(zhuǎn)子通常都是由永磁體組成，使用永磁鐵來激勵(lì)磁場(chǎng)，目前通常使用的是稀土永磁材料。在闡述PWM技術(shù)原理前，需要提到采樣控制理論中的重要結(jié)論：沖量相等而形狀不等的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。所謂沖量，即窄脈沖的面積。而效果相同，是指該環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同 轉(zhuǎn)子位置傳感器在永磁同步電機(jī)中，對(duì)于轉(zhuǎn)子位置傳感器與計(jì)算法相比，調(diào)制法就有很強(qiáng)的實(shí)用性。調(diào)制法還可分為單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制。單極性調(diào)制，就是調(diào)制波為期望的波形，而載波的三角波只有在半個(gè)周期有波形，也就是說三角波要么在半個(gè)周期是正的波形，要么是負(fù)的波形。在載波與調(diào)制波的交點(diǎn)時(shí)刻發(fā)出脈沖信號(hào)，去控制開關(guān)管。這就是單極性的控制方式；雙極性調(diào)制，就是載波在半個(gè)周期內(nèi)是正負(fù)同時(shí)存在的。目前，對(duì)于永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位置傳感器，不同的封裝形式必須要保持引腳的排列是一致的。就是利用控制器的精確的數(shù)字輸出，來對(duì)模擬電路進(jìn)行精確控制的一種對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)的高效的技術(shù)。簡(jiǎn)單的說，技術(shù)就是對(duì)脈沖寬度進(jìn)行控制的技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)用途廣泛，一般是用來對(duì)步進(jìn)電機(jī)的速度進(jìn)行控制，還有對(duì)電機(jī)的角速度進(jìn)行控制等等。 逆變器轉(zhuǎn)子的位置傳感器驅(qū)動(dòng)電路在實(shí)際的裝置中是必不可少的，因?yàn)轵?qū)動(dòng)電路是電力電子電路的主電路與控制電路之間的接口電路，是電力電子設(shè)備的重要一環(huán)，所