【正文】 而省去了勵(lì)磁線圈、滑環(huán)和電刷，而定子與電磁式同步電機(jī)基本相同仍要求輸入三相對(duì)稱正弦電流。永磁同步電機(jī)由定子三相繞組電流和轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生。對(duì)于同步電動(dòng)機(jī)，d軸是轉(zhuǎn)子磁極的軸線。（2）兩相定子坐標(biāo)系(α一β坐標(biāo)系)兩相對(duì)稱繞組通以兩相對(duì)稱電流也能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。如此按ABCA順序不斷地接通和斷開(kāi)控制繞組,電機(jī)便按一定的方向一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng),若按ACBA順序通電, 則電機(jī)反向一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)。 （a）凸極式 （b) 隱極式圖21 永磁同步電機(jī)的分類 永磁同步電機(jī)的工作原理當(dāng)A相控制繞組通電,B相和C相斷電時(shí),同步電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)與A相繞組軸線重合,而磁力線總是力圖從磁阻最小的路徑通過(guò),故電機(jī)轉(zhuǎn)子受到一個(gè)反應(yīng)轉(zhuǎn)矩,在同步電機(jī)中稱之為靜轉(zhuǎn)矩。這樣的永磁稀土材料具有很大的剩磁和矯頑力，加上它的磁導(dǎo)率與空氣磁導(dǎo)率相仿，對(duì)于徑向結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)交軸和直軸磁路磁阻都很大，可以很大程度上的減少電樞反應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，規(guī)劃了課題所要研究的內(nèi)容和研究的方向，并制定了所對(duì)應(yīng)的計(jì)劃，為后續(xù)的研究擬定了整體框架。 本文主要工作（1） 了解永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)，工作原理，坐標(biāo)變換，在此基礎(chǔ)上建立其在三相定子坐標(biāo)系，靜止坐標(biāo)系，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型。（2） 矢量控制：該控制方法是將交流電機(jī)和直流電機(jī)分析、對(duì)比來(lái)解釋其工作原理的，并由此創(chuàng)造了交流電機(jī)等效直流電機(jī)控制的首例。（1） 轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比控制：該控制方法從電機(jī)的穩(wěn)態(tài)特性推導(dǎo)得出。首先開(kāi)發(fā)的是梯形永磁同步電動(dòng)機(jī)，這種結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化控制裝置，此后在70年代后期以及80年代，高性能的正弦波永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)始飛速發(fā)展。第二條發(fā)展路線的標(biāo)志是永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)開(kāi)始取代傳統(tǒng)的帶勵(lì)磁繞組的直流電動(dòng)機(jī)。 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)永磁同步電機(jī)控制的出現(xiàn)是永磁電機(jī)發(fā)展過(guò)程中兩種不同開(kāi)發(fā)路線匯合的結(jié)果。永磁同步電機(jī)用永磁體代替電勵(lì)磁，無(wú)勵(lì)磁損耗，由于定、轉(zhuǎn)子同步，轉(zhuǎn)子鐵心沒(méi)有鐵耗，因此永磁同步電機(jī)的效率比電勵(lì)磁同步電機(jī)和異步電機(jī)要高，而且不需要從電網(wǎng)吸取滯后的勵(lì)磁電流，從而節(jié)約了無(wú)功，提高了電機(jī)的功率因數(shù)。（1） 永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)l 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率始終保持準(zhǔn)確的同步關(guān)系，控制電源頻率就能控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這使以單片機(jī)為核心的全數(shù)字控制系統(tǒng)取代模擬器件控制系統(tǒng)成為可能。同時(shí)也對(duì)同步電動(dòng)機(jī)而言解決了起動(dòng)問(wèn)題。（2） 新型電力電子技術(shù)器件和脈寬調(diào)制技術(shù)應(yīng)用電力電子技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)間的重要接口，也是弱電與被控強(qiáng)電之間的橋梁。 影響永磁同步電機(jī)發(fā)展的因素（1） 高性能永磁材料的發(fā)展在1983年問(wèn)世的欽鐵硼永磁材料，由于磁特性和物理特性優(yōu)異，成本低廉且材料來(lái)源有保證，所以在開(kāi)發(fā)高磁場(chǎng)永磁材料(特別是欽鐵硼永磁材料)方面具有十分有利條件，又由于我國(guó)的欽鐵硼永磁材料特性水平為世界的先進(jìn)水平，為永磁同步電機(jī)的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。1978年，法國(guó)CEM公司采用瑞士BBC公司生產(chǎn)的低稀土20釤鈷磁鋼，研制成功新型永磁同步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)的中心高63～160mm，共8個(gè)機(jī)座號(hào)，～，共10個(gè)規(guī)格?？梢?jiàn)，永磁同步電動(dòng)機(jī)是一種高效節(jié)能產(chǎn)品已成為人們的共識(shí)，并已引起世人的廣泛關(guān)注。1973年國(guó)際上出現(xiàn)了第一次能源危機(jī)，石油、燃料、電力不斷漲價(jià)，能耗最嚴(yán)重的美國(guó)首當(dāng)其沖。早在20世紀(jì)50年代，美國(guó)GE公司就研制了一批數(shù)百瓦的微型永磁同步電動(dòng)機(jī)?？刂齐妱?dòng)機(jī)的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)矩的控制，然而感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與氣隙主磁通，轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)子內(nèi)功率因數(shù)有關(guān)，而這些量都是轉(zhuǎn)差率S的函數(shù)，它們相互藕合，互不獨(dú)立，并且又都是難以控制的量。關(guān)鍵字 永磁同步電機(jī)，矢量控制，數(shù)學(xué)模型，MATLAB，仿真模型ABSTRACTPermanent magnet synchronous motor as small size, light weight, to achieve fast and accurate control requirements, has been widely used in various fields. While permanent magnet synchronous motor is a multivariable, nonlinear, highcoupling system, to create a suitable mathematical model of permanent magnet synchronous motor is the first task of researching advanced control algorithm,and use modeling and simulation analysis,therefore,how to establish a suitable moedl for permanent magnet synchronous is always the study fo permanent magnet synchronous motor control system based on.The issue bases on the introductin of the structure, type and working principle of the permanent magnet synchronous motor,giving permanent magnet synchronous motor’s static coordinate system based on ABC, αβ stationary coordinate system and the dq rotating coordinate system of the mathematical model ,on this basis,discussing the permanent magnet synchronous motor method,giving the control method based on vector control of permanent magnet synchronous motor.Using Matlab/Simulink simulation, issue model and simulate the permanent magnet synchronous motor vector control resutl show that the model is correct,and can be further studied based on permanent magnet synchronous motor control model.Keyword：permanent magnet synchronous motor, vector control, mathematical model, MATLAB, simulation model 目 錄1 緒論 1 永磁同步電機(jī) 1 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng) 3 本文主要工作 4 本章小結(jié) 52 永磁同步電機(jī)的工作原理和數(shù)學(xué)模型 6 永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和類型 6 永磁同步電機(jī)的工作原理 6 坐標(biāo)變換 7 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 8 本章小結(jié) 113 永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng) 12 有傳感器控制與無(wú)傳感器控制 12 矢量控制 12 直接轉(zhuǎn)矩控制 14 本章小結(jié) 154 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的建模和仿真 17 Matlab/Simulink軟件 17 永磁同步電機(jī)的建模方法 17 PI控制模塊的建模和仿真 19 坐標(biāo)變換模塊的建模和仿真 20 SVPWM模塊的建模和仿真 23 電機(jī)與逆變器模塊的建模和仿真 32 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真 33 本章小結(jié) 365 總結(jié)與展望 37參考文獻(xiàn) 38致謝 391 緒論永磁同步電機(jī)（Permanent Magnet Synchronous Motor，簡(jiǎn)稱PMSM）是用稀土永磁體代替勵(lì)磁繞組構(gòu)成的一種新型的同步電機(jī)。永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)多變量、非線性、高耦合的非線性復(fù)雜系統(tǒng)，而研究先進(jìn)控制算法的首要任務(wù)就是建立適合的永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型，并以此進(jìn)行建模與仿真分析，因此，如何建立合適的永磁同步模型一直是研究永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。論文在分析了永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，討論了永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的坐標(biāo)變換，并給出了永磁同步電機(jī)基于ABC靜止坐標(biāo)系、α–β靜止坐標(biāo)系和dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，探討了永磁同步電機(jī)的控制方法，給出了基于矢量控制的永磁同步電機(jī)控制方法。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、效率高、功率因數(shù)高，轉(zhuǎn)子無(wú)發(fā)熱問(wèn)題，有大的過(guò)載能力，小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和小的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。因此，要在動(dòng)態(tài)中控制感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是比較困難的，對(duì)于同步電機(jī)，更是如此。那時(shí)，這種電機(jī)是在鼠籠轉(zhuǎn)子中加裝鐵氧體永磁，但由于這種磁鋼的磁能積和剩磁密度都很低，其功率因數(shù)雖然提高較多，但效率提高較少；西德西門子公司，經(jīng)過(guò)10多年的研究，采用不同的結(jié)構(gòu)型式和鐵氧體永磁材料，開(kāi)發(fā)了多種用途的永磁同步電動(dòng)機(jī)。1975年聯(lián)邦能源局對(duì)電動(dòng)機(jī)的節(jié)能潛力和高效電動(dòng)機(jī)的發(fā)展前景進(jìn)行調(diào)查分析。70年代后期，發(fā)展微型和小型永磁同步電動(dòng)機(jī)已呈世界性趨勢(shì)。與三相異步電動(dòng)機(jī)相比，該系列電機(jī)的效率提高百分之四～百分之十，其功率因數(shù)很高，電機(jī)價(jià)格約增高百分之三十五。我國(guó)對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的研究起步較晚，但發(fā)展迅速。m、永磁材料的發(fā)展極大地推動(dòng)了永磁同步電動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。自1958年世界上第一個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)晶閘管發(fā)明以來(lái)，電力電子元件已經(jīng)歷了第一代半控式晶閘管，第二代有自關(guān)斷能力的半導(dǎo)體器件、第三代復(fù)合場(chǎng)控器件直至90年代出現(xiàn)的第四代功率集成電路IPM。對(duì)最新的永磁同步電動(dòng)機(jī)，高性能電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組成的逆變電路是其控制系統(tǒng)中不可缺少的功率環(huán)節(jié)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用除了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律，便于故障監(jiān)視、診斷和保護(hù)等功能外，還可以用于計(jì)算機(jī)輔助分析和數(shù)字仿真。l 永磁同步電機(jī)具有較硬的機(jī)械特性，對(duì)于因負(fù)載的變化而引起的電機(jī)轉(zhuǎn)矩的擾動(dòng)具有較強(qiáng)的承受能力。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比證明，永磁同步電機(jī)比異步電機(jī)節(jié)電，效率高。一條路線是早期發(fā)展的可直接起動(dòng)的帶有轉(zhuǎn)子鼠籠繞組的永磁電動(dòng)機(jī)，這種電機(jī)是為直接由