【正文】 接關(guān)系到矢量控制策略的實(shí)現(xiàn)，也直接影響整個(gè)系統(tǒng)的動態(tài)性能。在 PMSM 系統(tǒng)的電流環(huán)中，必須滿足內(nèi)環(huán)控制所需要的控制響應(yīng)速度，能精確控制隨轉(zhuǎn)速變化的交流電流頻率。其原理是隨機(jī)改變開關(guān)頻率使電機(jī)電磁噪音近似為限帶白噪音（在線性頻率坐標(biāo)系中，各頻率能量分布是均勻的） ，盡管噪音的總分貝數(shù)未變，但以固定開關(guān)頻率為特性的有色噪音強(qiáng)度大大消弱。PWM 控制技術(shù)大致可以分為三類，正弦 PWM（包括電壓、電流或磁通的正弦為目標(biāo)的各種 PWM 方案，多重 PWM也應(yīng)歸于此類） ，優(yōu)化 PWM 及隨機(jī) PWM。1964 年 和 首先提出把這項(xiàng)通訊技術(shù)應(yīng)用到交流傳動中，從此為交流傳動的推廣應(yīng)用開辟了新的局面。對噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是 PWM 相對于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)?PWM 用于通信的主要原因。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM 進(jìn)行編碼。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個(gè)具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。? 永磁同步電機(jī) dq 坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系固定在轉(zhuǎn)子上，其 d 軸位于轉(zhuǎn)子磁極軸線，q 軸逆時(shí)針超前圖 24 兩相靜止坐標(biāo)系d 軸 90176。空間矢量 在三個(gè)坐標(biāo)軸上的投影分別為 ，代表該矢量在三個(gè)繞Vj VCBA、組上的分量。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，可以得到 A 相繞組由轉(zhuǎn)子永磁磁場引起的感應(yīng)電勢為： （215）θsinωψpff??AAe圖 22 圓形磁場與脈振磁場其中轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電角速度 等于轉(zhuǎn)子位置角的微分：ω （216）pθ?同理有， （217）3)2πcos(ψf?B （218）ff?C由此，根據(jù)式（218）可以求出 B 相和 C 相繞組中由轉(zhuǎn)子永磁磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電勢分別為： （219）)3/2θsin(ωψf???eB （220）f?C三相繞組感應(yīng)電勢也可以用統(tǒng)一的表達(dá)式，即： （221）)γθsin(ψfXXe??由式（221）可知，永磁磁場在定子電樞繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢的幅值為，它不僅與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比，還與轉(zhuǎn)子永磁磁場與定子電樞繞組匝鏈的ωf磁鏈成正比。ψ,ffCBA 并且 定子電樞繞組最大時(shí)可能匝鏈的轉(zhuǎn)子每極永磁磁鏈：f （28）cosθf?A （29）)32π(ψf?B （210）csf?C（二）感應(yīng)電動勢方程轉(zhuǎn)子永磁在氣隙中產(chǎn)生的正弦分布磁場，正弦分布磁場的幅值 是恒定ψfg的，空間位置就是轉(zhuǎn)子永磁磁極的直軸位置，它相對于定子 A 相繞組軸線等于轉(zhuǎn)子位置角 ，在空間的分布可以表示為：θ （211）θ)cos(αψ),(ffg????或者 （212）θcosαinψcosθ α)θ,(ψfffg??當(dāng)永磁磁極旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子位置角 隨時(shí)間變化時(shí)，由式（212）可知，轉(zhuǎn)子永磁場是一個(gè)幅值恒定不變，幅值位置 隨轉(zhuǎn)子永磁磁極位置變化的圓形旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的幅值在空間的轉(zhuǎn)速等于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。有所不同的是定子每相繞組內(nèi)部的磁鏈，普通三相交流感應(yīng)電機(jī)由定子三相電流和轉(zhuǎn)子電流共同產(chǎn)生；普通同步電機(jī)由定子三相繞組與轉(zhuǎn)子勵磁電流和阻尼繞組電流共同產(chǎn)生；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。的通電模式為例來分析 PMSM 的數(shù)學(xué)模型及電磁轉(zhuǎn)矩等特性。永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型認(rèn)識、分析電機(jī)的運(yùn)動規(guī)律和各變量間的因果或定量關(guān)系，是對永磁同步電機(jī)進(jìn)行控制的理論基礎(chǔ)。在電動車驅(qū)動電機(jī)的選擇上，不同國家各有側(cè)重，英國、法國偏重于永磁無刷直流電機(jī)，德國偏重于開關(guān)磁阻電機(jī)。永磁同步電動機(jī)是各種電動車驅(qū)動電機(jī)的發(fā)展方向之一。永磁同步電機(jī)在船舶電力推進(jìn)；領(lǐng)域的應(yīng)用。傳統(tǒng)的電梯拽引技術(shù)應(yīng)用了齒輪間接驅(qū)動系統(tǒng)，由于有齒輪驅(qū)動系統(tǒng)存在，使得整個(gè)驅(qū)動系統(tǒng)材料消耗較大、運(yùn)行效率低以及維護(hù)復(fù)雜、噪聲大等缺點(diǎn)。對于要求多臺電動機(jī)同步運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)具有突出的優(yōu)點(diǎn)，變頻電源可實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制，且調(diào)速控制方便，并在所有頻率范圍內(nèi)均能穩(wěn)定運(yùn)行。高永磁磁通密度、輕轉(zhuǎn)子質(zhì)量，帶來高轉(zhuǎn)矩慣量比，有效提高了永磁同步電機(jī)的動態(tài)響應(yīng)能力。(2)功率因數(shù)高、效率高、節(jié)約能源。與此同時(shí)，永磁同步發(fā)動機(jī)與傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)相比不再需要集電環(huán)和電刷裝置，結(jié)構(gòu)更加簡單，且故障率也得到了減少；采用稀土永磁體后還可以增大氣隙磁密，電機(jī)轉(zhuǎn)速被提高到最佳值，提高了功率質(zhì)量比。 由于永磁同步電機(jī)中不含高次諧波，渦流以及其磁滯損耗較小，所以電機(jī)效率會增加。為了使電機(jī)具有恒力矩輸出，電機(jī)應(yīng)具有正弦波反電勢，以保持電磁轉(zhuǎn)矩恒定。若將永磁體直接粘在轉(zhuǎn)軸上還可以獲得低電感，有利于電機(jī)動態(tài)性能的改善。圖 21 永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 其中圖 21(a)為表面粘貼式，圖 21(b)為表面插入式，圖 21(c)為內(nèi)置式。如果在三相空間對稱的定子繞組中通入三相時(shí)間上也對稱的正弦電流，那么在三相永磁同步電機(jī)的氣隙中會產(chǎn)生一個(gè)在空間旋轉(zhuǎn)的圓形磁場，其轉(zhuǎn)速為 ，式中 為電源頻率；Pf60nnss?fs為電動機(jī)的極對數(shù)； 為同步轉(zhuǎn)速。同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為： ，式中 為電源頻率； 為電動機(jī)的極對Pf60nnss?fsPn數(shù)； 為同步轉(zhuǎn)速。一般而言，當(dāng)同步電動機(jī)轉(zhuǎn)速較小時(shí)，可采用結(jié)構(gòu)簡單的凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。 本文主要任務(wù)本文立題為永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)仿真，進(jìn)行了一系列的工作，主要涉及以下的研究內(nèi)容：（1） 建模與仿真的關(guān)系，及仿真的實(shí)際應(yīng)用意義；（2） 介紹永磁同步電機(jī)的分類、結(jié)構(gòu)與應(yīng)用，給出永磁同步電機(jī)在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型及運(yùn)動方程；（3） 介紹永磁同步電機(jī)矢量控制的理論基礎(chǔ)；（4） 建立永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的仿真模型；（5） 對仿真結(jié)果的進(jìn)行分析，得出永磁同步電機(jī)的性質(zhì)特點(diǎn)。運(yùn)行 SIMULINK 以后，打開SIMPOWER SYSTEM，就能調(diào)出電氣系統(tǒng)模塊庫的各個(gè)子模塊。它由模塊庫、模型構(gòu)造及分析指令、演示程序 Demo 但部分組成。SIMULINK 提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的，通過對這些基本的調(diào)用，再將它們連接起來就可以構(gòu)成所需的系統(tǒng)模型（ 文件進(jìn)行存?。?，進(jìn)而進(jìn)行仿真與分析。MATLAB 語言及其 SIMULINK 可視化仿真平臺在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用日益普遍，使用 SIMULINK 可以迅速建立各種線形或非線性系統(tǒng)模型，用戶可以根據(jù)需要任意觀察系統(tǒng)在各處參數(shù)的動態(tài)變化，而且仿真速度比使用 MATLAB語言更快。9） 源程序的開發(fā)性。功能性工具箱主要用來擴(kuò)充其符號計(jì)算功能，圖示建模仿真功能，文字處理功能以及與硬件實(shí)時(shí)交互功能。8） 功能強(qiáng)大的工具箱是 MATLAB 的另一特色。在 FORTRAN 和 C 語言里，繪圖都很不容易，但在 MATLAB 里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡單。4） 程序限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。可以說，用 MATLAB 進(jìn)行科技開發(fā)是站在專家的肩膀上。以下簡單介紹一下 MATLAB 的主要特點(diǎn)。一種語言之所以能如此迅速地普及，顯示出如此旺盛的生命力，是由于它有著不同于其他語言的特點(diǎn)，正如同 FORTRAN 和 C 等高級語言使人們擺脫了需要直接對計(jì)算機(jī)硬件資源進(jìn)行操作一樣，被稱作為第四代計(jì)算機(jī)語言的MATLAB，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來。在歐美等高校，MATLAB 已經(jīng)成為線性代數(shù)、自動控制理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號處理、時(shí)間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學(xué)工具；成為攻讀學(xué)位的大學(xué)生、碩士生、博士生必須掌握的基本技能。1993 年推出 版。這種軟件的缺點(diǎn)是使用面窄，接口簡陋，程序結(jié)構(gòu)不開放以及沒有標(biāo)準(zhǔn)的基庫，很難適應(yīng)各學(xué)科的最新發(fā)展，因而很難推廣。一類是數(shù)值計(jì)算軟件，如 MATLAB、Xmath、Gauss 等，這類軟件長于數(shù)值計(jì)算，對處理大批數(shù)據(jù)效率高；另一類數(shù)學(xué)分析型軟件，Mathematica、Maple 等，這類軟件以符號計(jì)算見長，能給出解析解和任意精確解，其缺點(diǎn)是處理大量數(shù)據(jù)時(shí)效率較低。同年，他和 Cleve Moler，Steve Bangert 一起用 C 語言開發(fā)了第二代專業(yè)版。到 70 年代后期，身為美國 New Mexico 大學(xué)計(jì)算機(jī)系主任的 Cleve Moler,在給學(xué)生講授線性代數(shù)課程時(shí)，想教會學(xué)生使用 EISPACK 和 LINPACK 程序庫，但他發(fā)現(xiàn)學(xué)生用 FORTRAN 編寫接口程序很費(fèi)時(shí)間，于是他開始自己動手利用業(yè)余時(shí)間為學(xué)生編寫 EISPACK 和 LINPACK 的接口程序。除內(nèi)部函數(shù)外，所有 MATLAB 主要文件包和各種工具包都是可讀可修改的文件，用戶通過對源程序的修改或加入自己編寫程序構(gòu)造新的專用工具包。工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包。 MATLAB 是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）之意。進(jìn)入 90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)的各個(gè)方面都取得了很大的發(fā)展?？刂乒こ淌欠抡婕夹g(shù)較早應(yīng)用的領(lǐng)域之一，控制工程技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代仿真技術(shù)的形成和發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。能迅速完成系統(tǒng)速度環(huán)、電流環(huán)以及位置環(huán)的精密快速調(diào)節(jié)和復(fù)雜的矢量控制，保證了用于電機(jī)控制的算法，如直接轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制可以高速、高精度的完成。20 世紀(jì) 90 年代后，隨著微電子學(xué)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，高速度、高集成度、低成本的微處理器問世及商品化，使全數(shù)字化的交流伺服系統(tǒng)成為可能。與矢量控制技術(shù)相比，直接轉(zhuǎn)矩控制很大程度上解決了矢量控制三相感應(yīng)電動機(jī)的特性易受電機(jī)參數(shù)變化的影響這一問題。矢量控制是在機(jī)電能量轉(zhuǎn)換、電機(jī)統(tǒng)一理論和空間矢量理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它首先應(yīng)用于三相感應(yīng)電動機(jī)，很快擴(kuò)展到三相永磁同步電機(jī)。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，各種控制策略都存在著一定的不足，如低速特性不夠理想，過分依賴于電機(jī)的參數(shù)等等，因此，對控制策略中存在的問題進(jìn)行研究就有著十分重大的意義。新型永磁材料在電機(jī)上的應(yīng)用，不僅促進(jìn)了電機(jī)結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方法、制造工藝等方面的改革，而且使永磁同步電機(jī)的性能有了質(zhì)的飛躍，稀土永磁同步電機(jī)正向大功率（超高速、大轉(zhuǎn)矩） 、微型化、智能化、高性能化的方向發(fā)展，成為交流調(diào)速領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。20 世紀(jì) 80 年代，稀土永磁材料的研制取得了突破性的進(jìn)展，特別是剩磁高、矯頑力大而價(jià)格低廉的第三代新型永磁材料釹鐵硼（Nd Fe B）的出現(xiàn)，極大地促進(jìn)了永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展。 SIMULINK。在 MATLAB 中搭建了兩種電流滯環(huán)控制方式的仿真模型，通過仿真得出采用常規(guī)電流滯環(huán)控制對系統(tǒng)的整體性能影響比較大，而采用三角載波比較方式的電流滯環(huán)控制容易獲得良好的控制效果。基于 SIMULINK 的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)中文摘要在 MATLAB/SIMULINK 中建立獨(dú)立的功能模塊主要有：PMSM 本體模塊、矢量控制模塊、電流滯環(huán)控制模塊、速度控制模塊等。為了實(shí)現(xiàn)高性能的電流環(huán)控制，對比了常規(guī)電流滯環(huán)控制和三角波載波比較方式的電流滯環(huán)控制。 PMSM body module, vector control module, the current hysteresis control, speed control module, function module and so on. At the same time, it integrates the function module and establishes the simulation module of PMSM control system. this system adopts double closedloop control system, the PI control the speed loop, the sluggish loop electric current controls electric current loop the simulation result proves the effective method of the indeperdent function modules. This model also applies to test and verify the reasonableness of thought for both design of practical electrical engineering control system and debugging.For the sake of highperformance currentloop in position servo system, we studied general hysteresisband currentcontrol and triangular carrier wave hysteresisband currentcontrol. Simulation models of the two mode were build in MATLAB, by the simulation analysis, we can know that general hysteresisband currentcontrol will ser