【正文】 標系轉(zhuǎn)換等模塊的建立與組合，構(gòu)建了永磁同步電機控制系統(tǒng)仿真模型。 4 基于 Matlab/Simulink 的永磁同步電機矢量控制 系統(tǒng) 仿真 永磁同步電機（ PMSM）是采用高能永磁體為轉(zhuǎn)子，具有低慣性、快響應、高功率密度、低損耗、高效率等優(yōu)點，成為了高精度、微進給伺服系統(tǒng)的最佳執(zhí)行機構(gòu)之一。 DTC 系統(tǒng)則實行 Te 與 Ψs 砰 砰控制，避開了 旋轉(zhuǎn)坐標變換，簡化了控制結(jié)構(gòu)；控制定子磁鏈而不是轉(zhuǎn)子磁鏈，不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響；但不可避免地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動，低速性能較差，調(diào)速范圍受到限制。 永磁同步電機控制系統(tǒng)設計與仿真 21 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)與矢量控制系統(tǒng)的比較 DTC 系統(tǒng)和 VC 系統(tǒng)都是已獲實際應用的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)。 2. 矢量、磁鏈矢量 定子的二個相電流產(chǎn)生相應的二相磁動勢矢量，定子磁動勢是真實的矢量，在電動機的實際空間中，它們的極性能容易地被確定。 2) 由于磁鏈計算采用了帶積分環(huán)節(jié)的電壓模型，積分初值、累積誤差和定子電阻的變化都會影響磁鏈計算的準確度。 5. 電壓空間矢量和逆變器的開關(guān)狀態(tài)的選擇 根據(jù)定子磁鏈給定和反饋信號進行砰 砰控制，按控制程序選取電壓空間矢量的作用順序和持續(xù)時間。 2) 選擇定子磁鏈作為被控量，而不像 VC 系統(tǒng)中那樣選擇轉(zhuǎn)子磁鏈，這樣一來，計算磁鏈的模型可以不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。 4) 在轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)中，磁鏈對控制對象的影響相當于一種擾動作用，因而受到轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的抑制，從而改造了轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)，使它少受磁鏈變化的影響。在它的轉(zhuǎn)速環(huán)里面，利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電機的電磁轉(zhuǎn)矩，因而得名。開關(guān)表根據(jù) 錯誤 !未找到引用源。 分別為定子磁鏈模值和電磁轉(zhuǎn)矩的給定信號，作為反饋信號使用。 隨著現(xiàn)代控制理論和智能控制理論的引入，涌現(xiàn)出許多基于模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制、非線性控制、變結(jié)構(gòu)控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，使直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)得到進一步改善和提高。它 采取定子磁鏈定向的方法，利用離散的兩點式控制直接對電動機的定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩進行調(diào)節(jié)， 省掉了復雜的矢量變換，其控制思想新穎，控制結(jié)構(gòu)簡單，控制手段直接，信號處理的物理概念明確 等優(yōu)點 [14]。 （ 320） 直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是用空間矢量的分析方法直接在定子坐標系下計算并控制交流電機的轉(zhuǎn)矩，借助于雙位模擬調(diào)節(jié)器產(chǎn)生信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高性能控制。 ：定子相繞組互感 錯誤 !未找到引用源。 （ 317） 錯誤 !未找到引用源。 (316) 電壓空間矢量的結(jié)論： 1) 逆變器六個工作電壓狀態(tài)給出了六個不同方向的電壓空間矢量。 若 錯誤 !未找到 引用源。 為 錯誤 !未找到引用源。 aubucu0t?t?0023dU13dU( 0 1 1 )sut?( 0 0 1 )su ( 1 0 1 )su ( 1 0 0 )su ( 1 1 0 )su ( 0 1 0 )su永磁同步電機控制系統(tǒng)設計與仿真 15 圖 35 逆變器各量對應關(guān)系圖 把逆變器的 7 個輸出電壓狀態(tài)放入空間平面內(nèi)，形成 7 個離散的電壓空間矢量。 表 31 8 種可 能的開關(guān)組合 狀態(tài) 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 逆變器 7 種不同的電壓狀態(tài)： 電壓狀態(tài)“ 1”至“ 6” 零電壓關(guān)狀態(tài)“ 0”和“ 7” 逆變器的輸出電壓 ??tUs 用空間電壓矢量來表示，依次表示為 錯誤 !未找到引用源。 之間互為反向，即一個接通，一個斷開，所以三組開關(guān)有 錯誤 !未找到引用源。 、 錯誤 !未找到引用源。 （ 311） 3. 電壓空間矢量 由三組六個開關(guān)（ 錯誤 !未找到引用源。 之間存在下列關(guān)系 錯誤 !未找到引用源。 軸與 d 軸的夾角 錯誤 !未永磁同步電機控制系統(tǒng)設計與仿真 13 找到引用源。 都以轉(zhuǎn)速 錯誤 !未找到引用源。 （ 37） 2. Park（ 2s/2r） 變換 兩個交流電流 i? 、 i? 和兩個直流電流 id 、 iq ，產(chǎn)生同樣的以同步轉(zhuǎn)速 錯誤 !未找到引用源。 （ 33） 坐標系變換矩陣： 錯誤 !未找到引用源。 ：三相繞組每相繞組匝數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 3. 最大轉(zhuǎn)矩 /電流比控制 也稱為單位電流輸出最大轉(zhuǎn)矩的控制（最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制）。 控制 控制交、直軸電流分量，保持 PMSM 的功率因數(shù)為 1，在 錯誤 !未找到引用源。 控制 定子電流中只有交軸分量，且定子磁動勢空間矢量與永磁體磁場空間矢量正交，電機的輸出轉(zhuǎn)矩與定子電流成正比。 和 錯誤 !未找到引用源。 得到偏差 錯誤 !未找到引用源。 變化時 錯誤 !未找到引用源。 和 ； 6) 電壓 錯誤 !未找到引用源。 ； 5) 電壓 錯誤 !未找到引用源。 進行比較，取直軸參考電流 錯誤 !未找到引用源。 ?rel 結(jié)合，經(jīng)過 Park 變換從兩相靜止坐標系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系 id 和 iq 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。通過精密電阻或電流傳感器測量定子電流； 3) 轉(zhuǎn)子速度 /位置反饋模塊。不足之處是按轉(zhuǎn)子磁鏈定向會受電動機參數(shù)變化的影響而失真，從而降低了系統(tǒng)的調(diào)速性能。矢量控制的目的是改善轉(zhuǎn)矩控制性能，最終的實施是對 id 、 iq 的控制。 矢量控制 高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)需要現(xiàn)代控制理論的支持，對于交流電動機，目前使用最廣泛的當屬矢量控制方案。 在一些動態(tài)性能要求不高的場所，由于開環(huán)變壓變頻控制方式簡單，至今仍普遍用于一般的調(diào)速系統(tǒng)中，如風機、水泵，但因其依據(jù)電動機的穩(wěn)態(tài)模型，無法獲得理想的動態(tài)控制性能，因此必須依據(jù)電動機的動態(tài)數(shù)學模型。因此，長期以來，交流電動機的轉(zhuǎn)矩控制性能較差。 ，選取 id 、 iq 及電動機機械角速度 ? 為狀態(tài)變量，由此可得永磁同步電動機的狀態(tài)方程式為： ??????????????????????????????????????????????????JT LLu qLu di qi dJBLfn pLfn pLR sn pn pLR si qi d/////0//0/?????? （ 27） 由式 (27)可見，三相永磁同步電動機是一個多變量系統(tǒng)，而且 id 、 iq 、 ? 之間存在非線性耦合關(guān)系，要想實現(xiàn)對三相永磁同步電機的高性能控制，是一個頗具挑戰(zhàn)性的課題。 (3) 電磁轉(zhuǎn)矩為： 錯誤 !未找到引用源。 (2) 定子磁鏈方程為： 錯誤 !未找到引用源。 分別為磁鏈在 d， q 軸上的分量； 錯誤 !未找到引用源。 在分析同步 電動機的數(shù)學模型時，常采用兩相同步旋轉(zhuǎn) (d， q)坐標系和兩相靜止(α， β)坐標系。電樞電流還會產(chǎn)生僅與定子繞組相交鏈的定子繞組漏磁通，并在定子繞組中產(chǎn)生感應漏電動勢。 4． 應用范圍廣、可靠性高 ， 在醫(yī)療器械、化工、輕紡、儀器儀表等領域均獲得應用。定、轉(zhuǎn)子同步，轉(zhuǎn)子鐵心沒有鐵耗， PMSM 的效率較電勵磁同步電機和異步電機要高。 磁鋼 定子 圖 21 凸裝式正弦波永磁同步電機結(jié)構(gòu)圖 永磁同步電機的工作原理和特點 永磁同步電機實際工作是一種交流電機，其定子運行是三相相差的交流電，而轉(zhuǎn)子則是永磁體。這種永磁同步電動機的重要特點是直、交軸的主電感不相等。這樣就造成兩種同步電動機在原理、模型及控制方法上有所不同，為了區(qū)別由它們組成的永磁同步電動機交流調(diào)速系統(tǒng)，習慣上又把正弦波永磁同步電動機組成的調(diào)速系統(tǒng)稱為正弦型永磁同步電動機 (PMSM)調(diào)速系統(tǒng)或調(diào)速永磁同步電動機 ；而由梯形波 (方波 )永磁同步電動機組成的調(diào)速系統(tǒng)，在原理和控制方法上與直流電動機系統(tǒng)類似，故稱這種系統(tǒng)為無刷直流電動機 (BLDCM)調(diào)速系統(tǒng) [7]。和異步電動機相比，它由于不需要無功勵磁電流，因而效率高，功率因數(shù)高，力矩慣量比大，定子電流和定子電阻損耗減小，且轉(zhuǎn)子參數(shù)可測、控制性能好；但它與異步電機相比，也有成本高、起動困難等缺點。 第三章著重介紹了永磁同步電機控制策略，包括恒壓頻比控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制，并比較了矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)缺點。 又由于矢量控制還是一個很不成熟的領域，還有很多的問題有待研究。 隨著我 國航空工業(yè)的快速發(fā)展，普通電機難以滿足系統(tǒng)的要求。裝置結(jié)構(gòu)緊湊采用永磁同步電機的永磁交流伺服系統(tǒng)可將同步電機改造為具備與直流伺服電動機相類似的伺服性能，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，代表了電伺服技術(shù)的發(fā)展方向，有望得到廣泛的應用。 隨著價格低廉的釹鐵 硼 (NdFeB)永磁材料的出現(xiàn)，使永磁同步電機得到了很大的發(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)永磁同步電動機及其伺服控制器的熱潮，在數(shù)控機床、工業(yè)機器人等小功率應用場合，永磁同步電動機伺服系永磁同步電機控制系統(tǒng)設計與仿真 2 統(tǒng)是主要的發(fā)展趨勢， 加上永磁電機研究開發(fā)經(jīng)驗的逐步成熟，經(jīng)大力推廣和應用已有研究成果，使永磁電機在國防、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用。 上個世紀八十年代國外開始對逆變器供電的永磁同步電動機進行深入的研究。 永磁同步電機的發(fā)展概況與研究現(xiàn)狀 永磁電機是采用永磁體代替通電線圈勵磁的一種電動機。 關(guān)鍵詞： 永磁同步電機 /Matlab/Simulink 仿真 /矢量 控制 永磁同步電機控制系統(tǒng)設計與仿真 II Permanent Mag Synchronous Motor Control System Design And Simulation ABSTRACT Permanent mag synchronous motor has a small size, power density, higher efficiency and power factor distinctive features, starting from the late 1970s, the permanent mag synchronous motor to get wide attention. With the development of highperformance permanent mag materials and declining prices, the application of permanent mag motor is more extensive. Especially in recent years, with the advances in the rapid development of permanent mag materials and power electronics and control technologies, permanent mag synchronous motor will increasingly replace traditional motor, the prospects are very optimistic, permanent mag 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 mag synchronous motor. This article first a brief introduction to the structure of the permanent mag synchronous motor, the performance, then a more prehensive description of the development status and trends of the permanent mag synchronous motor and its relat