【正文】 manent mag synchronous motor / Matlab / Simulink Simulation / Vector Control 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 1 1 緒論 永磁同步電機(jī) (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(qiáng)等優(yōu)點，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、電動汽車、航空航天等領(lǐng)域 [1]。 本文先 對永磁同步電機(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)行了一個比較全面的闡述 ，然后對永磁同步電機(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。永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 永磁同步電機(jī)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(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 ........................................................................................... 3 2 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 ............................................................... 4 永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型 ................................................................................. 6 3 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 永磁同步電機(jī)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(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(xiàn) ............................................................................................................................36 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 I 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 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，從70 年代末開始，永磁同步電機(jī)就得到廣泛重視。 同時本文 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)計提供了有效的手段和工具。 PMSM 是一個非線性、多變量、強(qiáng)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(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(jī)力矩慣量比下降；第三，阻尼繞組的齒槽使電機(jī)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(jī)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(dú)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(jī)為代表的各種永磁電機(jī)，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(jī)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(jī)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(dú)厚的最大稀土占有國的優(yōu)勢，永磁電機(jī)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(jī)： 第一章主要講述了 永磁同步電機(jī)在國內(nèi)外的發(fā)展概況、研究現(xiàn)狀、永磁同步電機(jī)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(jī)的分類和結(jié)構(gòu) 永 磁同步電動機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)；一是永磁體安放在轉(zhuǎn)子表面的外磁式永磁同步電動機(jī)；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(jī)。 與傳統(tǒng)異步電機(jī)相比，永磁同步電機(jī)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(jī)相比，具有較低的慣性，對于一定的電動機(jī)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(jī)數(shù)學(xué)模型 當(dāng)永磁同步電動機(jī)的定子通入三相