【正文】 manent mag synchronous motor / Matlab / Simulink Simulation / Vector Control 永磁同步電機控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 1 1 緒論 永磁同步電機 (Permanent Mag Synchronous Machine 即 PMSM)因其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、效率高和魯棒性強等優(yōu)點，廣泛用于電機性能和控制精度要求較高的伺服系統(tǒng)，如數(shù)控機床、電動汽車、航空航天等領(lǐng)域 [1]。 本文先 對永磁同步電機及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展過程、研究現(xiàn)狀和趨勢進行了一個比較全面的闡述 ，然后對永磁同步電機的結(jié)構(gòu)、性能進行了簡要介紹 ，最后講述了幾種永磁同步電機控制系統(tǒng)常用的控制策略。永磁同步電機控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 永磁同步電機控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 目 錄 摘 要 .................................................................................................................................. I ABSTRACT ....................................................................................................................... II 1 緒論 ................................................................................................................................. 1 永磁同步電機的發(fā)展概況與研究現(xiàn)狀 ..................................................... 1 永磁同步電機的研究意義 ............................................................................. 2 論文主要研究內(nèi)容 ........................................................................................... 3 2 永磁同步電機系統(tǒng) ..................................................................................................... 4 永磁同步電機的分類和結(jié)構(gòu) ........................................................................ 4 永磁同步電機的工作原理和特點 ............................................................... 4 永磁同步電機數(shù)學(xué)模型 ................................................................................. 6 3 永磁同步電機控制策略 ............................................................................................ 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 永磁同步電機控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 小結(jié) ......................................................................................................................22 4 基于 Matlab/Simulink 的永磁同步電機矢量控制系統(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 計算 X、 Y、 Z 和 TX 、 TY 定義 ..................................................................28 計算矢量切換點 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 .................................................................................................................32 5 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 ............................................................................................................................36 永磁同步電機控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 I 永磁同步電機控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 摘 要 由于永磁同步電機具有體積小、功率密度大、效率和功率因數(shù)高等明顯特點，從70 年代末開始，永磁同步電機就得到廣泛重視。 同時本文 在分析永磁同步電機數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上 ,借助于 Matlab強大的仿真建模能力 , 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)計提供了有效的手段和工具。 PMSM 是一個非線性、多變量、強耦合系統(tǒng)，對系統(tǒng)參數(shù)攝動和外界擾動十分敏感，因此常規(guī)線性控制方法很難獲得理想的控制效果 [2]。而 早期對永磁同步電機的研究主要為固定頻率供電的永磁同步電機運行特性的研究，特別是穩(wěn)態(tài)特性和直接起動性能的研究。阻尼繞組有以下特點：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)動慣量 ， 使電機力矩慣量比下降；第三，阻尼繞組的齒槽使電機脈動力矩增大。 我國是世界第一稀土大國，稀土永磁同步電機已經(jīng)在航空航天多種型號中得到成功的應(yīng)用 , 所以在開發(fā)高磁場永磁材 料方面我國具有得天獨厚的有利條件。 充分發(fā)揮我國稀土資源豐富的優(yōu)勢，大力研究和推廣應(yīng)用以稀土 永磁電機為代表的各種永磁電機，對 我國國防、工農(nóng)業(yè)、航空事業(yè)的發(fā)展及綜合實力的提升 具有重要的理論意義和實用價值。 永磁同步電機控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 3 論文主要研究內(nèi)容 永磁同步電機隨著其本身的特點，在國內(nèi)外引起了人們的廣泛關(guān)注，所以 其應(yīng)用前景非?？捎^，并加上我國得天獨厚的最大稀土占有國的優(yōu)勢，永磁電機必會在我國形成一個應(yīng)用高潮。 本文分了五章節(jié)去講述了永磁同步電機： 第一章主要講述了 永磁同步電機在國內(nèi)外的發(fā)展概況、研究現(xiàn)狀、永磁同步電機的研究意義和本文主要研究內(nèi)容。 第五章是研究總結(jié)以及未來研究方向和展望。 永磁同步電機的分類和結(jié)構(gòu) 永 磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁鋼的幾何形狀不同，使得轉(zhuǎn)子磁場在空間的分布可分為正弦波和梯形波兩種。根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上的位置的不同，永磁同步電動機主要可分為：表面式和內(nèi) 置式。 采用正弦波的永磁同步電動機可根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上放置的位置分為三種：一是永磁體埋在轉(zhuǎn)子內(nèi)的內(nèi)磁式永磁同步電動機；一是永磁體安放在轉(zhuǎn)子表面的外磁式永磁同步電動機；第三種是永磁體嵌入或部分嵌入的嵌 入式永磁同步電動機。 與傳統(tǒng)異步電機相比，永磁同步電機具有以下特點。 2． 動態(tài)響應(yīng)快速、轉(zhuǎn)速平穩(wěn) PMSM 與異步電動機相比，具有較低的慣性，對于一定的電動機轉(zhuǎn) 矩具有較快的響應(yīng)，即轉(zhuǎn)矩 /慣性比高 [10]。 永磁同步電機數(shù)學(xué)模型 當(dāng)永磁同步電動機的定子通入三相