【正文】 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真目 錄摘 要 IABSTRACT II1 緒論 1 永磁同步電機(jī)的發(fā)展概況與研究現(xiàn)狀 1 永磁同步電機(jī)的研究意義 2 論文主要研究內(nèi)容 32 永磁同步電機(jī)系統(tǒng) 4 永磁同步電機(jī)的分類和結(jié)構(gòu) 4 永磁同步電機(jī)的工作原理和特點(diǎn) 4 永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型 63 永磁同步電機(jī)控制策略 8 恒壓頻比控制 8 矢量控制 8 矢量控制的組成和原理 9 矢量控制的控制方式 10 矢量控制的坐標(biāo)變換 11 矢量控制的基本方程 16 直接轉(zhuǎn)矩控制 17 定子磁鏈控制 18 空間矢量控制 21 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)與矢量控制系統(tǒng)的比較 21 小結(jié) 224 基于Matlab/Simulink的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真 23 電壓空間矢量脈寬調(diào)制原理 23 電壓空間矢量 23 零矢量的作用 25 空間電壓矢量控制算法 26 坐標(biāo)變換模塊 27 SVPWM模塊 28 扇區(qū)選擇 28 計(jì)算X、Y、Z和TX 、TY定義 28 計(jì)算矢量切換點(diǎn)Tcm1，Tcm2，Tcm3 29 PMSM閉環(huán)矢量控制仿真模型 31 仿真結(jié)果 31 結(jié)束語 325 結(jié)論 33 研究總結(jié) 33 未來研究方向和展望 34致 謝 35參考文獻(xiàn) 36永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真摘 要由于永磁同步電機(jī)具有體積小、功率密度大、效率和功率因數(shù)高等明顯特點(diǎn)，從70年代末開始，永磁同步電機(jī)就得到廣泛重視。隨著高性能永磁材料的發(fā)展和價(jià)格的不斷下降，永磁電機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。尤其是近年來，隨著永磁材料的迅速發(fā)展和電力電子和控制技術(shù)的進(jìn)步，永磁同步電機(jī)將越來越多地替代傳統(tǒng)電機(jī)，應(yīng)用前景非常的樂觀，永磁電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)也成了電機(jī)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)課題，因而對(duì)永磁同步電機(jī)的研究是非常有意義的。本文先對(duì)永磁同步電機(jī)及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展過程、研究現(xiàn)狀和趨勢進(jìn)行了一個(gè)比較全面的闡述，然后對(duì)永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能進(jìn)行了簡要介紹，最后講述了幾種永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)常用的控制策略。同時(shí)本文在分析永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,借助于Matlab強(qiáng)大的仿真建模能力, 在Matlab/Simulink中建立了PMSM 控制系統(tǒng)的仿真模型,為PMSM控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)提供了有效的手段和工具。此文借助這一手段在詳細(xì)分析了永磁同步電機(jī)矢量控制的機(jī)理，并提出了一套相應(yīng)的矢量控制方案后，建立了仿真和試驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究。關(guān)鍵詞： 永磁同步電機(jī)/Matlab/Simulink仿真/矢量控制Permanent Magnet Synchronous Motor Control System Design And SimulationABSTRACTPermanent magnet synchronous motor has a small size, power density, higher efficiency and power factor distinctive features, starting from the late 1970s, the permanent magnet synchronous motor to get wide attention. With the development of highperformance permanent magnet materials and declining prices, the application of permanent magnet motor is more extensive. Especially in recent years, with the advances in the rapid development of permanent magnet materials and power electronics and control technologies, permanent magnet synchronous motor will increasingly replace traditional motor, the prospects are very optimistic, permanent magnet motor drive controller the design has bee a hot topic of the motor areas of research, thus it is very significant to the study of permanent magnet synchronous motor.This article first a brief introduction to the structure of the permanent magnet synchronous motor, the performance, then a more prehensive description of the development status and trends of the permanent magnet synchronous motor and its related technologies, and finally about several permanent magnet synchronous motor control system monly used in control strategies.In the analysis of permanent magnet synchronous motor mathematical model based on the help of Matlab39。s powerful simulation modeling capabilities of Matlab/Simulink simulation model of the PMSM control system for PMSM servo control system analysis and design effective and tools. Text with the means of a detailed analysis of the mechanism of permanent magnet synchronous motor vector control, and a corresponding set of vector control programs, the establishment of the simulation and test platform for the simulation analysis and experimental research.Keywords: permanent magnet synchronous motor / Matlab / Simulink Simulation / Vector Control37永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真1 緒論永磁同步電機(jī)(Permanent Magnet Synchronous Machine即PMSM)因其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、效率高和魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于電機(jī)性能和控制精度要求較高的伺服系統(tǒng)，如數(shù)控機(jī)床、電動(dòng)汽車、航空航天等領(lǐng)域[1]。PMSM是一個(gè)非線性、多變量、強(qiáng)耦合系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)和外界擾動(dòng)十分敏感，因此常規(guī)線性控制方法很難獲得理想的控制效果[2]。為了提高PMSM的控制性能，國內(nèi)外研究人員提出了許多非線性控制方法，主要有：反步法控制、反饋線性化控制、滑?？刂?、智能控制、自適應(yīng)控制和自抗擾控制等，這些非線性控制方法改善了PMSM系統(tǒng)性能，提高了系統(tǒng)魯棒性。 永磁同步電機(jī)的發(fā)展概況與研究現(xiàn)狀永磁電機(jī)是采用永磁體代替通電線圈勵(lì)磁的一種電動(dòng)機(jī)。其起源很早，在19世紀(jì)20年代所出現(xiàn)的第一臺(tái)電機(jī)就是由永磁體產(chǎn)生勵(lì)磁的永磁電機(jī)[3]，但當(dāng)時(shí)所采用的永磁材料是天然磁鐵礦石，磁能密度低，所制成的電機(jī)體積大，不久便被電勵(lì)磁電機(jī)所取代。而早期對(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。上個(gè)世紀(jì)八十年代國外開始對(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)情況下無阻尼繞組。阻尼繞組有以下特點(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)。隨著價(jià)格低廉的釹鐵硼(NdFeB)永磁材料的出現(xiàn)，使永磁同步電機(jī)得到了很大的發(fā)展，世界各國(以德國和日本為首)掀起了一股研制和生產(chǎn)永磁同步電動(dòng)機(jī)及其伺服控制器的熱潮，在數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等小功率應(yīng)用場合，永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)是主要的發(fā)展趨勢，加上永磁電機(jī)研究開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的逐步成熟，經(jīng)大力推廣和應(yīng)用已有研究成果，使永磁電機(jī)在國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等方面獲得越來越廣泛的應(yīng)用。正向高轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩、高功能化和微型化方面發(fā)展。我國是世界第一稀土大國，稀土永磁同步電機(jī)已經(jīng)在航空航天多種型號(hào)中得到成功的應(yīng)用, 所以在開發(fā)高磁場永磁材料方面我國具有得天獨(dú)厚的有利條件。又由于稀土永磁磁極，可以獲得較高的氣隙磁密。裝置結(jié)構(gòu)緊湊采用永磁同步電機(jī)的永磁交流伺服系統(tǒng)可將同步電機(jī)改造為具備與直流伺服電動(dòng)機(jī)相類似的伺服性能，并以其優(yōu)異性能成為精密電氣伺服控制系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，代表了電伺服技