【正文】 ..............23 電壓空間矢量 ..............................................................................................23 零矢量的作用 ..............................................................................................25 空間電壓矢量控制算法 ..............................................................................26 坐標(biāo)變換模塊 ...................................................................................................27 SVPWM 模塊 .....................................................................................................28 扇區(qū)選擇 ......................................................................................................28 計算 X、 Y、 Z 和 TX 、 TY 定義 ..................................................................28 計算矢量切換點(diǎn) Tcm1， Tcm2， Tcm3 .........................................................29 PMSM 閉環(huán)矢量控制仿真模型 ...................................................................31 仿真結(jié)果 ............................................................................................................31 結(jié)束語 .................................................................................................................32 5 結(jié)論 ................................................................................................................................33 研究總結(jié) ............................................................................................................33 未來研究方向和展望 .....................................................................................34 致 謝 ................................................................................................................................35 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................36 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 I 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 摘 要 由于永磁同步電機(jī)具有體積小、功率密度大、效率和功率因數(shù)高等明顯特點(diǎn)，從70 年代末開始，永磁同步電機(jī)就得到廣泛重視。s powerful simulation modeling capabilities of Matlab/Simulink simulation model of the PMSM control system for PMSM servo control system analysis and design effective and tools. Text with the means of a detailed analysis of the mechanism of permanent mag synchronous motor vector control, and a corresponding set of vector 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 III control programs, the establishment of the simulation and test platform for the simulation analysis and experimental research. Keywords: permanent mag synchronous motor / Matlab / Simulink Simulation / Vector Control 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 1 1 緒論 永磁同步電機(jī) (Permanent Mag Synchronous Machine 即 PMSM)因其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、效率高和魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于電機(jī)性能和控制精度要求較高的伺服系統(tǒng)，如數(shù)控機(jī)床、電動汽車、航空航天等領(lǐng)域 [1]。逆變器供電的永磁同步電機(jī)與直接起動的永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相同，但在大多數(shù)情況下無阻尼繞組。 盡管我國的 稀土永磁材料和稀土永磁電機(jī)的科研水平都達(dá)到了國際先進(jìn)水平 ，但是這些優(yōu)勢還沒有完全發(fā)揮出來， 因此，對我國來說，永磁同步電動機(jī) 的發(fā)展還任重而道遠(yuǎn)，還有很大潛力可開發(fā)。為促進(jìn)永磁同步電機(jī)控制理論的發(fā)展，本文對現(xiàn)有的一些永磁同步電機(jī)矢量控制方式進(jìn)行了概括分析，提出了永磁同步電機(jī)矢量控制方案，并建立了一套完整的仿真和試驗(yàn)平臺，為進(jìn)一步研究永磁同步電機(jī)矢量控制提供了實(shí)用的物質(zhì)基礎(chǔ)。和普通同步電動機(jī)相比，它省去了勵磁裝置，簡化了結(jié)構(gòu)，提高了效率。因此，這兩種電機(jī)的性能特點(diǎn)有所不同。而且， PMSM 在 25%耀 120%額定負(fù)載范圍內(nèi)均可以保持較高的功率因數(shù)和效率 [9]，使電機(jī)在輕載運(yùn)行時的節(jié)能效果更為顯著，這樣，在長期的使用中可以大幅度地節(jié)省電能。此外，轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場也以同步轉(zhuǎn)速切割定子繞組。 為轉(zhuǎn)子角速度 (? =錯誤 !未找到引用源。 （ 25） (4)電動機(jī)的運(yùn)動方程 : 錯誤 !未找到引用源。經(jīng)過長期研究，目前的交流電機(jī)控制有恒壓頻比控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制和磁場定向控制等方案 。 矢量控制也稱磁場定向控制，自 1971 年德國西門子公司F． Blaschke 提出矢量控制原理， 該控制方案就倍受矚目，已經(jīng)作為一種基本的原理和方法被普遍地采用 [13]。解決方法是采用智能化調(diào)節(jié)器可以提高系統(tǒng)的調(diào)速性能和魯棒性 。 ； 2) 錯誤 !未找到引用源。 為 0。 和 錯誤 !未找到引用源。 ，用來調(diào)節(jié)實(shí)際交軸電流； 如果直軸電流 錯誤 !未找到引用源。其性能類似于直流電機(jī)，控制系統(tǒng)簡單，轉(zhuǎn)矩性能好，可以獲得很寬的調(diào)速范圍，適用于高性能的數(shù) 控機(jī)床、機(jī)器人等場合。它是凸極 PMSM 用的較多的一種電流控制策略。 （ 34） 錯誤 !未找到引用源。 旋轉(zhuǎn)，分量錯誤 !未找到引用源。 （ 38） 寫成矩陣的形式，得 錯誤 !未找到引用源。 與 錯誤 !未找到引用源。 （ 312） 逆變器非零電壓矢量輸出時的相電壓波形、幅值和電壓狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系圖、電壓狀態(tài)和開關(guān)狀態(tài)均以 6 個狀態(tài)為一個周期，相電壓幅值為兩種： 錯誤 !未找到引用源。 （ 313） 式中 錯誤 !未找到引用源。它們周期性地順序出現(xiàn)，相鄰兩個矢量之間相差 60 度； 2) 電壓空間矢量的幅值不變，都等于 2ud 錯誤 !未找到引用源。 ：轉(zhuǎn)子電角度 錯誤 !未找到引用源。DTC 最早用于感應(yīng)電動機(jī)， 1997 年 L Zhong 等人對 DTC 算法進(jìn)行改造，將其用于永磁同步電動機(jī)控制。根據(jù)誤差信號，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器輸出轉(zhuǎn)矩增、減控制信號 錯誤 !未找到引用源。 1. 工作原理： 1) 轉(zhuǎn)速正、反向和弱磁升速。如果從數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)按定子磁鏈控制的規(guī)律，顯然要比按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時復(fù)雜，但是，由于采用了砰 砰控制，這種復(fù)雜性對控制器并沒有影響。 這兩個問題的影響在低速時都比較顯著，因而使 DTC 系統(tǒng)的調(diào)速范圍受到限制。兩者都采用轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)速）和磁鏈分別控制，這是符合異步電動機(jī)動態(tài)數(shù)學(xué)模型的需要的。永磁同步電機(jī)構(gòu)成的永磁交流伺服系統(tǒng)已經(jīng)向數(shù)字化方向發(fā)展。 空間矢量是按電壓所加繞組的空間位置來定義的。 （ 44） 在轉(zhuǎn)速不太低時， RI 較小，故 錯誤 !未找到引用源。 空間電壓矢量控制算法 上面我們提到，控制過程包括非零矢量和零矢量的作用，非零矢量用來控制磁通的軌跡，而利用零矢量改變磁通的運(yùn)行速度 [17]。 為直流母線， M 為調(diào)制比 ， t0、 t t2錯誤 !未找到引用源。 、 ? 變換 SVPWM 模塊 SVPWM 主要是使電機(jī)獲得幅值恒定的圓形磁場，當(dāng)電機(jī)通以三相對稱的正弦 電壓時，交流電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生圓形磁鏈并以此磁鏈為基準(zhǔn)，通過逆變器功率器件的不同開關(guān)模式產(chǎn)生有效矢量來逼近基準(zhǔn)圓，并產(chǎn)生三相互差 ?120 電角度的接近正弦波的電流來驅(qū)動電機(jī) [18]。 計算 X、 Y、 Z 和 TX 、 TY 定義 定義： X=錯誤 !未找到引用源。 ，取TX=TX/(TX+TY)， TY= TYTX/(TX+TY)。其波形如圖 41圖 41圖 414 所示： 圖 412 定子繞組三相電流波形 圖 413 電磁轉(zhuǎn)矩波形 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 32 圖 414 電機(jī)轉(zhuǎn)速波形 從仿真結(jié)果我們可以看出，電機(jī)在通電以后，迅速到達(dá)最大轉(zhuǎn)矩（ 30N?m），然后很快回到穩(wěn)定值（ 2N?m）。首先簡要介紹了 PMSM 矢量控制的原理和三種常用的坐標(biāo)變換，采用電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)和 Matlab／ Simulink 軟件平臺建立了矢量控制系統(tǒng)合仿真模型，對 PMSM 系統(tǒng)動態(tài)性能進(jìn)行了仿真分析。 需要指出的是，對于永磁同步電機(jī)系統(tǒng)本身，目前研究了永磁同步電機(jī)，由于參數(shù)是測量的，測量存在著一定的誤差，而誤差往往是隨機(jī)的，所以參數(shù)隨機(jī)的永磁同步電機(jī)將是今后研究的重點(diǎn)。愿家人平平安安、將健康康。 XX 教授的博聞強(qiáng)志、追求卓越、孜孜以求的務(wù)實(shí)精神以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度和科學(xué)高效的教育理念深深地影響著我，必將使我受益終生。 (3) 對矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并采用電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)和Matlab／ Simulink 軟件平臺建立了矢量控制系統(tǒng)合仿真模型，對 PMSM 系統(tǒng)動態(tài)性能進(jìn)行了仿真分析。 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 33 5 結(jié)論 研究總結(jié) 在實(shí)際應(yīng)用中，永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)具有直流電機(jī)和異步電機(jī)控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。 圖 48 計算 X、 Y、 Z 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 30 圖 49 計算 Ti、 Tm 錯誤 !未找到引用源。 ，按表 41 取值。 ，則， A=1；當(dāng) ?????3 ＞ 0 錯誤 !未找到引用源。為簡化感應(yīng)電機(jī)模型，可將電機(jī)三相繞組電流產(chǎn)生的磁動勢按平面矢量的疊加原理進(jìn)行合成和分解，使得能夠用兩相正永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 27 交繞組來等效實(shí)際電動機(jī)的三相繞組。 合成矢量 Ur 錯誤 !未找到引用源。 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 25 圖 42 三相 PWM 逆變器 逆變器共有 8 種工作狀態(tài)，即 00 0 01 100、 10 1 11 000。 圖 41 三相電壓矢量 將圖 41 的平面看成是一個復(fù)平面，則 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 24 ? ?? ?? ?2 / 34 / 3jAjBjCUtUtUt