【正文】 D 控制技術(shù)最為方便。 （ I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后 (delay)組件，具有抑制誤差的作用 ， 其變化總是落后于誤差的變化。積分作用的強(qiáng)弱取決與積分時(shí)間常數(shù)，越小，積分作用就越強(qiáng)。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成 PD或 PID控制器。 iT 愈大，積分調(diào)節(jié)作用愈弱， iT 愈小 ，積分調(diào)節(jié)作用愈強(qiáng)。 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 01t01tet00u0utTikk 圖 34 比例積分微分調(diào)節(jié)器對(duì)單位階躍偏差的響應(yīng) 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第四章 永磁同步電機(jī)的矢量控制 矢量控制原理及電機(jī)方程 矢量控制基本思想和原理 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很容易控制，而且可以得 到非常優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)特性，但是如果采用同樣的理論和方法控制永磁同步電動(dòng)機(jī)卻達(dá)不到理想的目的。據(jù)此，對(duì)下面三種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)進(jìn)行分析。她們之間是可以進(jìn)行等效變換的。在建立永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型之前，做如下假設(shè)： 1） 忽略電動(dòng)機(jī)鐵芯的飽和，永磁材料的導(dǎo)磁率為零，不計(jì)渦流和磁滯損耗； 2） 三相繞組是對(duì)稱(chēng)、均勻的； 3） 繞組中感應(yīng)電感波形是正弦波。隨著轉(zhuǎn)速的增加，電動(dòng)機(jī)的定子端相電壓 就會(huì)升高，電流 PI 調(diào)節(jié)器的輸出就會(huì)逐步接近飽和值，使調(diào)節(jié)量減少，影響調(diào)節(jié)能力。 在對(duì)繪制好的模型進(jìn)行仿真前，還需要確定仿真的步長(zhǎng)、時(shí)間、和選取仿真的算法等，也就是設(shè)置仿真參數(shù)。 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 51 仿真參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框 (4 ) 啟動(dòng)仿真。 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 矢量坐標(biāo)變換的仿真 三相靜止坐標(biāo)系到兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換及其反變換已經(jīng)建立在 power system 模 型 庫(kù) 中 ， 提 取 路 徑 為 power system blockset/extra library/measurements/abctodq0 transformation( dq0abc transformation)。其中 53a為變換前的三相電壓，圖 53b 為經(jīng) 3S/2S 變換后靜止二相坐標(biāo)系上的 電壓波形，這二相電壓互差 90176。由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器 ACR 得到定子電壓的轉(zhuǎn)矩分量 squ? ，在設(shè)定勵(lì)磁分量 sdu? 為“ 0”的條件下經(jīng)二相旋轉(zhuǎn) /三相靜止坐標(biāo)變換 2r/3s,得到 SPWM 調(diào)制器的三相電壓調(diào)制信號(hào)。 m,轉(zhuǎn)速略有波動(dòng) ,系統(tǒng)動(dòng)靜性相當(dāng)好 ,超調(diào)幾乎為 0。米（ N 正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速在基頻以下工作在恒轉(zhuǎn)矩工作區(qū)，最簡(jiǎn)單的控制方案是使定子電流的勵(lì)磁分量 sdi =0，因此按轉(zhuǎn)子磁鏈定向并使 sdi =0 的正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理如圖 54所示。 用于 3s/2r 變換時(shí)，設(shè)置常數(shù)模塊值為 314，即ω t=2πf =2πx50。 (5) 觀(guān)測(cè)仿真結(jié)果。該欄中經(jīng)常還要設(shè)置的有仿真誤差，這有相對(duì)誤差 (Relative tolerance) 和絕對(duì)誤差 (Absolute tolerance) 兩項(xiàng)，系統(tǒng)默認(rèn)的相對(duì)誤差是 1/1000。這時(shí)用鼠標(biāo)雙擊模塊圖標(biāo)，彈出模塊參數(shù)對(duì)話(huà)框，并在對(duì)話(huà)框中輸入模塊參數(shù)，輸入完成后點(diǎn)擊“ OK”鍵，對(duì)話(huà)框自動(dòng)關(guān)閉，該模塊的參數(shù)設(shè)置完成。 ff mdi L?? (417) 則 PMSM的電壓方程如下且其等效電路圖如 45所示。 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 ?? 2?T1i 1?M1mi1ti?? 圖 43 MT? 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 (1)磁鏈方程： 00SMMSTTL iL i?? ??? ? ? ?? ??? ? ? ?? ? ? ??? (41) (2)電壓方程： 11SSMMTTP PR L LuiL R L??????? ? ? ?? ??? ? ? ??? ? ? ??? (42) (3)扭矩方程： 33( ) [ ( ) ]22e p d q q d p f q q d d qT n i i n i L L i i? ? ?? ? ? ? ? (43) (4)運(yùn)動(dòng)方程： eL p dJT T R n dt??? ? ? ? (44) 永磁同步電機(jī)矢量控制數(shù)學(xué)模型 永磁同步電機(jī)的物理方程 永磁同步電機(jī)的基本方程包括電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程 、 物理方程和轉(zhuǎn)矩方程，這些方程是其數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)也滿(mǎn)足三相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的特點(diǎn)，如圖 41(c)。矢量控制方法的關(guān)鍵就是如何通過(guò)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)電樞電流的解耦控制，并不影響旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生。 3．比例積分微分 (PID)調(diào)節(jié)器 控制規(guī)律：001 ( )( ) [ ( ) ( ) ]t di d e tu t K e t e t d t T uT d t? ? ? ?? （ 312） 傳遞函數(shù)： ( ) 1 1[1 ]()US K T d SE S T Si? ? ? ? ? (313) 微分調(diào)節(jié)作用超前，按偏差的變化率產(chǎn)生控制作用，阻止偏差的變化，偏差變化越快校正量則越大，故微分作用的加入有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。時(shí)間響應(yīng)如圖 32。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無(wú)差度。 （ D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系 。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。 PID算法原理 系統(tǒng)偏差的比例（ Proportional） 、 積分 (Integral)和微分（ Derivative）的綜合控制，簡(jiǎn)稱(chēng) PID 控制。 目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。近年來(lái)，外轉(zhuǎn)子永磁同步電動(dòng)機(jī)在一些領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而且，永磁同步電動(dòng)機(jī)在 25％一 120％額定負(fù)載范圍內(nèi)均可保持較高的效率和功率因 數(shù)，使運(yùn)行時(shí)節(jié)能效果更為顯著。 永磁電機(jī)的主要特點(diǎn)和應(yīng)用 與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁電機(jī)相比，永磁電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠 ,體積小，質(zhì)量輕 ,損耗小 ,效率高；電機(jī)的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點(diǎn)。由于各種電機(jī)迅速發(fā)展的需要和電流充磁器的發(fā)明，人們對(duì)永磁材料的機(jī)理、構(gòu)成和制造技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，相繼出現(xiàn)了碳鋼、鎢鋼 (最大磁能積約 )、鈷鋼 (最大磁能積約 )等多種永磁材料。 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第二章 永磁 同步 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 永磁 同步 電動(dòng) 機(jī) 電機(jī)是以磁場(chǎng)為媒介進(jìn)行機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置。 Simulink 可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。 MATLAB 可以進(jìn)行 矩陣 運(yùn)算、繪制 函數(shù) 和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn) 算法 、創(chuàng)建用戶(hù)界面、連 接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、 圖像處理 、 信號(hào)檢測(cè) 、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。 通過(guò)對(duì)電機(jī)參數(shù)變化進(jìn)行在線(xiàn)辨識(shí)，并運(yùn)用辨識(shí)的參數(shù)對(duì)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行控制，也能夠提高控制系統(tǒng)的魯棒性。國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)劉天華等首次將魯棒控制理論應(yīng)用于永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)。 隨著對(duì)永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)性能要求的不斷提高，需要設(shè)計(jì)出高效率、高力矩慣量比、高能量密度的永磁同步電機(jī) , 等人針對(duì)調(diào)速系統(tǒng)快速動(dòng)態(tài)性能和高效率的要求，提出現(xiàn)代永磁同步電機(jī)的控制方法。永磁同步電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)是依靠阻尼繞組提供的異步轉(zhuǎn)矩將電機(jī)加速到接近同步轉(zhuǎn)速，然后由磁阻轉(zhuǎn)矩和同步轉(zhuǎn)矩將電機(jī)牽入同步。 10 合計(jì) 100 意見(jiàn)及建議： 評(píng)閱人簽名： 年 月 日 天津工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)考核表 學(xué)生姓名 學(xué)院名稱(chēng) 電子與信息工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電子 083 題目 永磁同 步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的 MATLAB 仿真研究 1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 2．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)及成績(jī)： 答辯主席（或組長(zhǎng)）簽字： 年 月 日 3．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）總成績(jī)： 給定成績(jī) 給定成績(jī) 總成績(jī) (a +b +c ) 成績(jī)： 成績(jī)： 摘 要 永磁同步電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩 /慣量比、高功率密度、高效率、體積小、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。 10 題目與生產(chǎn)、科研等實(shí)際問(wèn)題結(jié)合緊密。 二、進(jìn)度及預(yù)期結(jié)果： 起止日期 主要內(nèi)容 預(yù)期結(jié)果 了解課題背景，查找借閱相關(guān)資料文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)相關(guān)軟件 。 對(duì)模型進(jìn)行調(diào)試，得到仿真波形，開(kāi)始撰寫(xiě)畢業(yè)論文。近年來(lái)，隨著材料技術(shù)的不斷發(fā)展， 永磁材料性能的不斷提高以及永磁電機(jī)控制技術(shù)的不斷成熟，永磁電機(jī)在電動(dòng)汽車(chē)、數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、家用空調(diào)、儀表、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、音響設(shè)備、航空設(shè)備等眾多場(chǎng)合獲得了廣泛應(yīng)用。其中，矢量控制采用坐標(biāo)變換的方法，分別控制勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，具有和直流電動(dòng)機(jī)一樣好的動(dòng)態(tài)調(diào)速特性，由于這種方法采用了坐標(biāo)變換，所以對(duì)控制器的運(yùn)算速度、處理能力等性能要求較高 ，隨著 DSP 等控制芯片的出現(xiàn)，這種控制方法得到了廣泛應(yīng)用；并大大改善了系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、控制精度高等特點(diǎn) 。 對(duì)模型進(jìn)行調(diào)試，得到仿真波形，開(kāi)始撰寫(xiě)畢業(yè)論文。 10 文字通順，用語(yǔ)正確，基本無(wú)錯(cuò)別字和病句，圖表清楚，書(shū)寫(xiě)格式符合規(guī)范。利用 MATLAB/SIMLINK軟件環(huán)境的強(qiáng)大仿真功能，搭建 PMSM 的矢量控制雙閉環(huán)模型，簡(jiǎn) 單介紹了模型中各個(gè)組成部分 :電流模塊，速度模塊， PMSM 電機(jī)主體模塊，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。逆變器供 電的永磁同步電機(jī)與直接起動(dòng)的永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相同，但在大多數(shù)情況下無(wú)阻尼繞組。八十年代末，九十年代初 等發(fā)表了大量 關(guān)于永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)全數(shù)字控制的論文。因此，將各種魯棒控制技術(shù)運(yùn)用于電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域，可以大大提高調(diào)速系統(tǒng)的性能。 等人從八十年代后期一直致力于人工智能技術(shù)在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用，并取得了可喜的研究成果 Matlab/Simlink 簡(jiǎn)介 MATLAB 是矩陣實(shí)驗(yàn)室（ Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是美國(guó) MathWorks 公司出品的商業(yè) 數(shù)學(xué)軟件 ，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB 和 Simulink 兩大部分。可以直接調(diào)用 ,用戶(hù)也可以將自己編寫(xiě)的實(shí)用程序?qū)氲?MATLAB 函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的 MATLAB愛(ài)好者都編寫(xiě)了一些經(jīng)典的程序，用戶(hù)可以直接進(jìn)行下載就可以用。對(duì)各種 時(shí)變系統(tǒng) ，包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和 圖像處理系統(tǒng) ， Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫(kù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。此類(lèi)電機(jī)即需要有專(zhuān)門(mén)的繞組和相應(yīng)的裝置，又需要不斷供給能量以維持電流流動(dòng)；另外一種就是由永磁體來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)。相應(yīng)地，這段時(shí)期在永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法、充磁和制造技術(shù)等方面也都取得了突破性進(jìn)展，形成了一套獨(dú)特的分析研究方法。永磁同步發(fā)電機(jī)不需要?jiǎng)?lì)磁繞組和直流勵(lì)磁電源，也就在電機(jī)結(jié)構(gòu)上取消了容易出問(wèn)題的集電環(huán)和電刷裝置，成為無(wú)刷電機(jī)，因此，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行更為可靠。轉(zhuǎn)子鐵芯可以做成實(shí)心的，也可以用疊片疊壓而成。由于主要研究的是內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的永磁電機(jī)，所以本論文對(duì)其它結(jié)構(gòu)的電機(jī)不做介紹。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用 PID 控制技術(shù)。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱(chēng)這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的 或簡(jiǎn)稱(chēng)有差系統(tǒng)（ System with Steadystate Error）。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化 “ 超前 ” ，