【正文】 iously influence on performance of system, and triangular carrier wave hysteresisband currentcontrol can be used for good control performance. When triangular carrier wave hysteresisband currentcontrol was used, analytical results are good agreement with the feasible simulation results, and the results can provide theoretical basis for the design of servo system.Key words: permanent mag synchronous motor。隨著電力電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，20 世紀(jì) 70 年代，永磁同步電機(jī)開(kāi)始應(yīng)用于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。使我國(guó)在稀土永磁材料和稀土永磁電機(jī)的科研水平都達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展隨著永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)的不斷發(fā)展，各種控制技術(shù)的應(yīng)用也在逐步成熟，比如 SVPWM、 DTC、SVMDTC 、MRAS 等方面都在實(shí)際中得到應(yīng)用。而后，隨著電力電子、微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)和永磁材料科學(xué)的發(fā)展，矢量控制技術(shù)得以迅速應(yīng)用和推廣。隨后，1985 年，有德國(guó)魯爾大學(xué) 教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制的理論，接著又把它推廣到弱磁調(diào)速范圍。德國(guó)、日本、美國(guó)都競(jìng)相發(fā)展此項(xiàng)技術(shù)。近年來(lái)，在先進(jìn)的數(shù)控交流伺服系統(tǒng)中，多家公司都推出了專門用于電機(jī)控制的芯片。 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)代仿真技術(shù)的發(fā)展與控制工程、系統(tǒng)工程和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。仿真技術(shù)目前仍然存在一些缺陷，例如建模方法尚不完善，研究同一個(gè)系統(tǒng)的同一個(gè)問(wèn)題可以建立出不同的模型，而且有些社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中存在的問(wèn)題尚無(wú)法建立準(zhǔn)確的模型進(jìn)行求解。 MATLAB 簡(jiǎn)介 MATLAB 軟件的簡(jiǎn)介 MATLAB 是集數(shù)值計(jì)算、符號(hào)運(yùn)算和圖形處理功能于一身的超級(jí)科學(xué)計(jì)算軟件；與其它計(jì)算語(yǔ)言相比，MATLAB 在功能、開(kāi)放性和易學(xué)性等方面獨(dú)占鰲頭；在工程實(shí)際中，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)往往很復(fù)雜，如果不借助專用的系統(tǒng)建模軟件，則很難準(zhǔn)確地把一個(gè)控制系統(tǒng)的復(fù)雜模型輸入計(jì)算機(jī)，對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的分析與仿真。當(dāng)前流行的 MATLAB 部函數(shù)的主包和三十幾種工具包（Toolbox） 。開(kāi)放性使 MATLAB 廣受用戶歡迎。在當(dāng)時(shí)這兩個(gè)程序庫(kù)代表矩陣運(yùn)算的最高水平。 1983 年春天 Cleve Moler 到 Standford 大學(xué)講學(xué)， MATLAB 深深地吸引了工程師 John Little，John Little 敏銳地覺(jué)察到 MATLAB 在工程領(lǐng)域的廣闊前景。在當(dāng)今 30 多個(gè)數(shù)學(xué)科技應(yīng)用軟件中，就軟件數(shù)學(xué)處理的原始內(nèi)核而言，可分為兩大類。在 MATLAB 進(jìn)入市場(chǎng)前，國(guó)際上的許多軟件包都是直接以 FORTRANC 語(yǔ)言等編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的。Math Works 公司 1993 年推出了 版，1995 年推出 版（for ）1997 年推出 版。在國(guó)外，MATLAB 已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗(yàn)。可以說(shuō)，無(wú)論你從事工程方面的哪個(gè)學(xué)科，都能在 MATLAB 里找到合適的功能。MATLAB 給用戶帶來(lái)的是最直觀，最簡(jiǎn)潔的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。由于庫(kù)函數(shù)都由本領(lǐng)域的專家編寫，用戶不必?fù)?dān)心函數(shù)的可靠性。3） MATLAB 既具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句（如 for 循環(huán)， while 循環(huán)，break 語(yǔ)句和 if 語(yǔ)句） ，又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴?） MATLAB 的圖形功能強(qiáng)大。由于 MATLAB 的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序解釋執(zhí)行，所以速度較慢。其工具箱有分為兩類：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。這些工具箱都是由該領(lǐng)域?qū)W術(shù)水平很高的專家編寫的，所以用戶無(wú)需編寫自己學(xué)科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序，而直接進(jìn)行高、精、尖的研究。1990 年，Math Works 軟件公司命名為 SIMULAB,1992 年正式將該軟件更名為 SIMULINK，使得仿真軟件進(jìn)入了模型化圖形組態(tài)階段 SIMULINK 的名稱表明了該系統(tǒng)的兩個(gè)主要功能：Simu(仿真)和 Link(連接)，即該軟件可以利用鼠標(biāo)在模型窗口上繪制出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后利用 SIMULINK 提供的功能來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析。SIMULINK 與 MATLAB 語(yǔ)言的主要區(qū)別在于使用戶把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語(yǔ)言的編程上。SIMULINK 可以對(duì)通信系統(tǒng)、非線性控制、電力系統(tǒng)等進(jìn)行深入的建模、仿真和研究。SIMULINK 仿真工具箱包括了專用于電力電子、電氣傳動(dòng)學(xué)科進(jìn)行仿真的電氣系統(tǒng)模塊庫(kù)（SIMPOWER SYSTEM） 。為滿足不同的仿真要求并提高仿真速度還設(shè)有晶閘管簡(jiǎn)化模型；4）電機(jī)模塊庫(kù)：包括激磁裝置、勵(lì)磁裝置、水輪機(jī)及其調(diào)節(jié)器、異步電動(dòng)機(jī)、同步電機(jī)及其簡(jiǎn)化模型和永磁同步電機(jī)等；5）連接模塊庫(kù)：提供組織電力電子仿真線路的各連接件，包括地、中性線和母線（公共點(diǎn)）等；6）測(cè)量模塊庫(kù)：包括電流測(cè)量和電壓測(cè)量和電抗的測(cè)量模塊等；7）附加電氣系統(tǒng)模塊庫(kù)：包括均方根測(cè)算、有功與無(wú)功功率測(cè)算、傅立葉分析、可編程定時(shí)器、同步觸發(fā)脈沖發(fā)生器以及三相庫(kù)等； 在以上模塊庫(kù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)需要，可以組合封裝成常用的較復(fù)雜的模塊，添加到所需的模塊中去。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子有凸極式和隱極式兩種結(jié)構(gòu)形式，隱極式轉(zhuǎn)子做成圓柱形且其氣息均勻，而凸極式轉(zhuǎn)子的磁激明顯凸出且氣息不均勻，極弧底下氣隙較小，極間部分氣隙較大。電動(dòng)機(jī)定子三相繞組介入三相電流而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組接入直流而形成的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用。三相永磁同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。從永磁體安裝方式上，轉(zhuǎn)子分為表面粘貼式、表面插入式和內(nèi)置式，如圖 21 所示。前兩種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁體通常呈現(xiàn)瓦片形，d并位于轉(zhuǎn)子鐵芯的表面上，提供徑向的磁通，可減小轉(zhuǎn)子直徑，從而降低了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 對(duì)于永磁同步電機(jī)，其定子繞組電流為正弦波。按轉(zhuǎn)子上有無(wú)起動(dòng)繞組，可分為異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)和永磁同步電動(dòng)機(jī)（無(wú)起動(dòng)繞組的電動(dòng)機(jī)） ；根據(jù)永磁鐵的形狀的不同，可分為表面式和嵌入式；根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的不同，將永磁同步電機(jī)氛圍正弦波永磁同步電機(jī)和梯形波永磁同步電機(jī)，正弦波永磁同步電機(jī)稱為永磁同步電機(jī)；按工作磁場(chǎng)方向不同，可分為徑向磁場(chǎng)式和軸向磁場(chǎng)式；按電驅(qū)繞組位置不同，可分為內(nèi)轉(zhuǎn)子式和外轉(zhuǎn)子式；根據(jù)極對(duì)數(shù)的不同，可分為單極永磁同步電機(jī)和多機(jī)永磁同步電機(jī)；因?yàn)樵诳刂粕细咏谥绷麟姍C(jī)的控制，梯形波永磁同步電機(jī)稱為直流無(wú)刷電機(jī)。在永磁同步電機(jī)中，用于勵(lì)磁的永磁鐵取代了轉(zhuǎn)子的直流勵(lì)磁繞組，從而勵(lì)磁銅耗得以消除，轉(zhuǎn)子慣性也相應(yīng)的降低，并且轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固。近些年來(lái)，隨著高性能永磁材料的不斷應(yīng)用，永磁同步電機(jī)的功率密度得到很大的提高，與同容量的異步電機(jī)相比，體積和質(zhì)量都有明顯的減小，使其適合應(yīng)用在許多特殊場(chǎng)合。(3)磁通密度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。(5)具有嚴(yán)格的轉(zhuǎn)速同步性和比較寬的調(diào)速范圍。永磁同步電機(jī)在電梯領(lǐng)域的應(yīng)用。提高了其運(yùn)行性能，通力公司開(kāi)發(fā)了 ECODISO 永磁盤式無(wú)齒拽引機(jī)，應(yīng)用于機(jī)房電梯。永磁同步電機(jī)在混合動(dòng)力汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。歐洲許多發(fā)達(dá)國(guó)家很早就開(kāi)始了對(duì)電動(dòng)車的研究。 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型能夠描述實(shí)際系統(tǒng)各物理量之間的關(guān)系和性能，是被描述系統(tǒng)的近似模擬。以三相星形 180176。電角度，每相繞組電壓與電阻壓降和磁鏈變化相平衡。dtp? 磁鏈方程及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方程（一）磁鏈方程 定子每相繞組磁鏈不僅與三相繞組電流有關(guān)，而且與轉(zhuǎn)子永磁極的勵(lì)磁磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子的位置角有關(guān)，因此磁鏈方程可以表示為： （25）ψMLψfAiiiCABAA??? （26）fBCB （27）fCCBAii其中： 每相繞組互感；L,CB 兩相繞組互感；M,MACCBA?? 三相繞組匝鏈的磁鏈的轉(zhuǎn)子每極永磁磁鏈。而與繞組軸線重合的脈振磁場(chǎng)ψf?則產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。空間電角度，構(gòu)成了一個(gè) ABC 三相坐標(biāo)系，如圖 23 所示。由于 軸固定在定子 A 相繞組軸線，故Vj?坐標(biāo)系亦為靜止坐標(biāo)系。簡(jiǎn)而言之，PMSM 是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電 。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯 1 改變?yōu)檫壿?0 或?qū)⑦壿?0 改變?yōu)檫壿?1 時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。PWM 控制技術(shù)一直是變頻技術(shù)的核心技術(shù)之一。由此在交流傳動(dòng)及至其它能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。為求得改善，隨機(jī) PWM 方法應(yīng)運(yùn)而生。PMSM 系統(tǒng)要求電流環(huán)具有輸出電流諧波分量小、響應(yīng)速度快等性能。PMSM 系統(tǒng)一般由電流環(huán)、速度環(huán)構(gòu)成的二環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，各環(huán)節(jié)性能的最優(yōu)化是整個(gè)系統(tǒng)高性能的基礎(chǔ)，而外環(huán)性能的發(fā)揮依賴于系統(tǒng)內(nèi)環(huán)的優(yōu)化。電流控制是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的基礎(chǔ)，電流控制的目的是使三相定子電流嚴(yán)格地跟蹤正弦的電流給定信號(hào)，對(duì)于 PMSM 它是一種正弦波反電動(dòng)勢(shì)的永磁電動(dòng)機(jī)，為了獲得平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩，定子電流必須是相互平衡且為轉(zhuǎn)子電角度位移的正弦函數(shù)。如果且 ，則滯環(huán)控制器輸出正電平，驅(qū)動(dòng)上橋臂功率開(kāi)關(guān)器iaref?haref??i件 V1 導(dǎo)通，此時(shí)逆變器輸出正電壓，使實(shí)際電流增大。長(zhǎng)期以來(lái)，直流電機(jī)廣泛應(yīng)用于電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域，這是因?yàn)橹绷麟姍C(jī)的電樞電流與磁場(chǎng)相互正交，可以分別控制，具有良好的轉(zhuǎn)矩控制性能。磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是通過(guò)坐標(biāo)變換，把交流電機(jī)在按磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上等效成直流電機(jī)，從而磨坊直流電機(jī)進(jìn)行控制，使交流調(diào)速達(dá)到并超出傳統(tǒng)的直流電機(jī)調(diào)速性能。這種電機(jī)通過(guò)正弦電流和連續(xù)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)進(jìn)行控制，理論上可獲得平衡轉(zhuǎn)矩。永磁同步電機(jī)的氣隙長(zhǎng)度在物理上是均勻的，但由于永磁材料的磁阻和鐵磁材料的磁阻不一樣，氣隙磁阻的分布并不均勻，通常 d 軸即磁極軸線的磁阻比 q 軸相鄰兩個(gè)磁極磁阻的中性線的磁阻大。永磁同步電機(jī)模型建立在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 dq 上，所有參數(shù)也是折算到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上。這兩個(gè)變換都是定子側(cè)的電流旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)原則是，不論怎么變換其實(shí)都是一種遐想的坐標(biāo)系，都只有原始的三相繞組，通三相電流。圖 43 定子靜止三相到靜止兩相的轉(zhuǎn)圖 44 靜止兩相到旋轉(zhuǎn)兩相的變換A clarke 變化claeke 變換是從固定的定子三相坐標(biāo) （繞線繞的時(shí)候，三相坐標(biāo)就OABC已經(jīng)形成）到固定的兩相坐標(biāo)（假想的， 的 軸與三相的 A 軸重合） 。120cosN332 ????iii CBA? （42）nn0?式中 和 分別是兩相繞組和三相繞組的有效匝數(shù)。求出這兩個(gè)數(shù)。則中間變換矩陣應(yīng)該是正交矩陣的部分行。Clarke…..逆變換： ……….…（49）????????????????iiiCBA ??2301B Park 變換Park 變換是從靜止的兩相坐標(biāo)系到固定在轉(zhuǎn)子上的運(yùn)動(dòng)兩相坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。因此， “施加扭矩”就成了一個(gè)關(guān)鍵的狀態(tài)量。比例積分調(diào)節(jié)器有兩個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)；比例增益 和積分增益 。圖 46 性能指標(biāo)的階躍響應(yīng)曲線PI 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： （412）SsipCK)(G??兩個(gè)運(yùn)算放大器傳遞函數(shù)為： （413）sssinC CR)(E)( 21120??比較（1） 、 （2）得： （414） RK12?p （4i15）三運(yùn)算放大器的傳遞函數(shù)為： （4sss iinC CR)(E)(G2120???16）因此 PI 控制器參數(shù)與電路原件參數(shù)關(guān)系為： （4RK12p17） （4Cii?18）電路的優(yōu)點(diǎn)的 和 的值之間相互獨(dú)立；但不論哪種電路， 的值都Kpi Ki與電容值成倒數(shù)關(guān)系，有效的 PI 控制設(shè)計(jì)一般要求小的 值，因此我們必須i再次注意不符合實(shí)際的大電容值。如果參考輸入是斜坡函數(shù)，前向通道傳遞函數(shù)為式（3）的控制系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差。 利用 SIMULINK 構(gòu)建 PMSM 控制系統(tǒng)仿真模型應(yīng)用 MATLAB/Simulink 與電氣傳動(dòng)仿真的電氣系統(tǒng)模塊庫(kù)建立了分別基于電流滯環(huán)控制和三角載波比較跟蹤控制的 PMSM 系統(tǒng)矢量控制仿真結(jié)構(gòu)圖，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為 PI 型；速度給定值與實(shí)際電角速度相比較后經(jīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，輸出為交軸電流參考值，直軸電流給定值。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為 PI 型，積分常數(shù)取 ，比例常數(shù)為 50，飽和限制的正負(fù)幅值為 30，其功能為解決由于轉(zhuǎn)矩波動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩問(wèn)題，使轉(zhuǎn)速幾乎無(wú)靜差。電流控制的精度與滯環(huán)的寬度有關(guān)，同時(shí)還受到功率開(kāi)關(guān)器件允許開(kāi)關(guān)頻率的制約。輸出端用于測(cè)量和觀察 PMSM 的工作狀態(tài)。在轉(zhuǎn)速給定值為 400rad/s 及負(fù)載突變的情況下，對(duì)該系統(tǒng) SIMULINK模型進(jìn)行仿真，得到轉(zhuǎn)矩和三相電流的曲線如圖 47 和圖 48