【正文】 產(chǎn)生，因此不可能直接被減弱。PI PIPI1Park?SVPWM三相逆變器ParkClarke位置與速度檢測PMSM傳感器信息?n di dcUqii?i?aibiau? b???qi??di? qerfVderf refV?ref? 永磁同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)原理框圖3)永磁同步電動杌直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)由德國魯爾大學(xué)Depenbrock教授在1985年針對異步電機(jī)首次提出，是繼矢量控制技術(shù)之后又一高性能交流變頻調(diào)速技術(shù)。控制過程為：給定速度信號與檢測到的速度信號相比較，經(jīng)速度Pl控制器的調(diào)節(jié)后，輸出交軸電流分量作為電流PI調(diào)節(jié)器的給定信號 ，同時，經(jīng)坐標(biāo)變換后，定子qi?反饋電流變?yōu)?、 ，控制直軸給定電流 ，與變換后得到的直軸電流 相比較，dIq 0qi??dI經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器后輸出直軸電壓 ，定交軸電流 與變換后的得到的交軸電流 相比drefV q較，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器后輸出交軸電壓 ，然后經(jīng)過Park逆變換得 ， 軸電壓。一般的三相交流同步電動機(jī)外部供以三相正弦波交流電源，電動機(jī)的工作頻率是由外部電源給定的，因而轉(zhuǎn)速是恒定不變的，且起動困難。兩種不同的情況對電機(jī)設(shè)計提出的要求也不完全一樣。其中位置檢測環(huán)節(jié)通常是由位置檢測元件或者無位置檢測技術(shù)完成，用以反饋電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置亦即轉(zhuǎn)子磁場的位置，同時反饋轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，從而構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。efqT通過從兩相靜止坐標(biāo)系 向兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系( )的變換可以看出：)???d?(1)在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系( )中的變量都為直流變量，并且由轉(zhuǎn)矩方程式直接可以看dq出電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與電流 呈線性關(guān)系，只需要控制 的大小就可以控制電機(jī)的輸出I qI轉(zhuǎn)矩。dIq dq根據(jù)在兩相繞組中，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的永磁同步電動機(jī)電壓矢量方程式，得出永磁同步電動機(jī)在 ， 軸上的兩個分量的定子電壓方程式： ()0ddds rqqqsrVIRP?????????????????????? ?其中： ， 空間電壓矢量V的 ， 軸分量。?當(dāng) 軸坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角頻率與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角頻率一致的時候，也就是 時，rn??可以得到永磁同步電機(jī)在同步運轉(zhuǎn)時的電壓回路方程： ()1sin()cod ds nrfq qnsVIRPLMIL?????? ?????? ??????? ?? ???? ??????如果在初始狀態(tài)時， 軸與轉(zhuǎn)子主磁通重合，即 等于零，則可以進(jìn)一步的得到d永磁同步電動機(jī)同步運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子磁通定向的電壓回路方程： ()10d ds nrfq qnsVIRPILL????? ?????? ?????? ?? ??????????此時，我們采用控制方法，使得 ，則電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩方程可以寫為：0dI? ()1efqTM因為 ，所以在這里有 。02)jte????? ?F?F?dq n 圖 靜止坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系相對分布圖根據(jù)磁勢等效的原則，有以下的方程式成立： ()2 4ddqqIIFNFN??? ???????????????式中： —— 軸上集中繞組的匝數(shù)。（2）當(dāng) U，V，W 各項繞組上的電壓與電流為相位互差 120 度得正弦波時，通過變換方程式(2．6)和變換矩陣(2．7)可以得到在 ， 繞組上的電壓與電流正弦波。因此在 與 之間就可以找到一種線性變換，來把1S2， ， 轉(zhuǎn)化為 ， ?；谝陨霞僭O(shè)條件，把式(2．2)代入式(2．1)中，則電壓回路方程可以寫成如下的形式： ?????????????????????????????? )34sin(2)si(032311 ???frWVUWVUWVU MIILMPIRss （）三相繞組在空間上對稱分布，并且通入三相繞組中的電流是對稱的，則有下述關(guān)系成立：基于 DSP 永磁同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)研究10 1321LL? 且32132 MM?0??WVUII把以上條件代入式(2．3)，就可以得到實用的電壓回路方程： ?????????????????? ????????? )34sin(2)si(000???frWVUsssWVU IILPRLPR（） 永磁同步電機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系( )上的模型方程???眾所周知，電磁場是電機(jī)進(jìn)行能量交換的媒體，電機(jī)之所以能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩做功，是因為定子產(chǎn)生的磁場和轉(zhuǎn)子磁場相互作用的結(jié)果。Pdt磁鏈方程為： ()??????????? ????????wvurIMMLwvu）（）（ ）（）（ ??332)(312)(1)( 其中 = ， 為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度。并且不要對轉(zhuǎn)子進(jìn)行繞組和坐標(biāo)變換，從而使得三相永磁同步電機(jī)的矢量控制要比三相異步電機(jī)的控制要簡單。隱極式轉(zhuǎn)子則是將永磁鐵嵌入在轉(zhuǎn)子軸的內(nèi)部，因此交d軸的電感大于直軸的電感，并且，除了電磁轉(zhuǎn)矩外，還有磁阻轉(zhuǎn)矩存在。從其動態(tài)數(shù)學(xué)模型出發(fā)，找出各個物理量之間的關(guān)系，特別是定子和轉(zhuǎn)子電流相互作用而產(chǎn)生的磁通和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，在定向坐標(biāo)系上實現(xiàn)各量的控制和條件，組成一個矢量控制系統(tǒng)。處理器的高速運算能力使得人們有可能實現(xiàn)復(fù)雜的實時控制算法，如狀態(tài)反饋控制、最優(yōu)控制、狀態(tài)觀測器、Kalman濾波器以及具有高采樣速度的自適應(yīng)控制。 本課題的研究意義對基于DSP的PMSM矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行研究具有如下重大意義：(1)PMSM矢量控制系統(tǒng)是一種高性能的交流伺服系統(tǒng)。(2)對于永磁同步電動機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)的理論研究和仿真研究較多，生產(chǎn)實際中應(yīng)用的成果較少：對于先進(jìn)的電機(jī)控制方法在永磁同步電動機(jī)上的運用研究較少。(5)直接轉(zhuǎn)矩控制DTC。(2)隨機(jī)PWM。自控式變頻調(diào)速的永磁電機(jī)換相電勢比直流電機(jī)的換相電勢要大很多，直流電機(jī)在換相時采用機(jī)械換相器，每次換相只有一個換相片上的繞組電流換相，如果每個槽對應(yīng)于一個換相片，則每次參與換流的只是一個槽的繞組。然而，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，其調(diào)速控制系統(tǒng)的應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展 。永磁同步電動機(jī)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用。目前我國一大批科學(xué)研究單位和高等院校積極參加到高磁場永磁材料的應(yīng)用和開發(fā)研究工作中，并取得了豐碩的研究成果 。永磁同步電機(jī)的發(fā)展與永磁材料工業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)。關(guān)鍵詞：DSP；永磁同步電動機(jī)；矢量控制系統(tǒng)；湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計IIVector Control System of PMSM Based on DSPAbstract: This thesis,basing on analyzing the structure and mathematics model of PMSM,empoldered the timing system of vector control of PMSM through using the TMS320F2407A of TI pany as its core. The main jobs are just as:(1) In this paper,with abundance of literature we introduced development and application of PMSM,also include its development in control we discussed the researching purport of this paper.(2) based on the research on work elements and work characteristic of PMSM,we deeply researched its Vector Control SVPWM Vector Control Technology,we build PMSM Mathematical model,construct the Vector Control plan which used speed and Current doubleloop.(3) based on the research of Highspeed digital signal processor TMS320F2407A ’s trait which produced by TI,we designed the whole PMSM vector control system of DSP with its Dedicated development pleted the controller、Power Conversion unit and Position Detection also designed the Protection we design the Some software control system,include main program、Interruption control procedures and The subroutine.(4) based on the research on MATLAB/SIMULINK,we build PMSM Vector Control System Simulation this,we research the control result of Simulation means this system has trait of Fast response,small Overshoot and Strong antijamming performance.Key words: DSP；PMSM；Vector control system基于 DSP 永磁同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)研究1第１章 概述隨著電氣傳動技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對調(diào)速的要求也不斷提高，永磁同步電動機(jī)具有體積小、重量輕、功率密度大、效率高、轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定、便于控制以及形式多樣等優(yōu)點，所以在航空航天、國防、電動汽車、機(jī)床控制和日常生活等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，永磁同步電動機(jī)是用永磁材料產(chǎn)生勵磁磁場的電動機(jī)，與普通的電動機(jī)相比，永磁同步電動機(jī)不需要專門的繞組與裝置提供外加能量來產(chǎn)生勵磁磁場，使其結(jié)構(gòu)簡化并可節(jié)約能量，由于電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的突破性發(fā)展，尤其是具有強(qiáng)大計算能力的數(shù)字信號處理器(DSP) 的出現(xiàn)，使得結(jié)構(gòu)簡單的同步電動機(jī)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)成為可能。3）利用 MATLAB 軟件仿真，分析。4)硬件 設(shè)計及軟件設(shè)計二、進(jìn)度安排及完成時間：2 月 20 日：布置任務(wù)，下達(dá)設(shè)計任務(wù)書2 月 21 日——3 月 10 日：查閱相關(guān)的資料（總參考文章 15 篇，其中 2 篇以上 IEEE的相關(guān)文章）。 永磁同步電動機(jī)的發(fā)展概況及應(yīng)用前景 永磁同步電動機(jī)發(fā)展概況所謂永磁電機(jī)就是指采用永磁體代替通電線圈勵磁的電機(jī)。關(guān)于其中的永磁材料，英國南安普頓大學(xué)T．M．Wong進(jìn)行了十分細(xì)致的物理性能研究。[1] 永磁同步電動機(jī)特點及應(yīng)用目前，永磁電機(jī)的輸出功率可以做小至幾毫瓦、大至幾千千瓦，不僅覆蓋了微、小及中型電機(jī)的功率范圍，且延伸至大功率領(lǐng)域。近十年來風(fēng)力發(fā)電得到了迅速發(fā)展，其中變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)在更多地捕獲風(fēng)能和減少維護(hù)方面效果顯著。[2]1)外同步控制策略外同步是指永磁同步電動機(jī)用獨立的變頻電源供電，同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速嚴(yán)格跟隨電源頻率變化，也稱之為它控式變頻調(diào)速。而對于永磁電機(jī)來說，每次換相時，參與換流的是一相繞組，顯而易見，電機(jī)設(shè)計中，增加槽數(shù)相對容基于 DSP 永磁同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)研究4易，增加相數(shù)就很困難。隨機(jī)PWM通過分散噪聲頻譜，能避免變頻器在某一頻率點的高頻噪聲，但如果隨機(jī)PWM處理不好，就會在各個頻率點都產(chǎn)生噪音，這也限制了隨機(jī)PWM的應(yīng)用推廣。相對于矢量控制，從實用性來說，一直沒有推廣開來。基于 DSP 永磁同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)研究5(3)由于受到國內(nèi)的設(shè)備、經(jīng)費等條件的限制，對國際上電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域中的前沿性課題研究較少。由于PMSM具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小，重量輕、效率高、過載能力大、轉(zhuǎn)動慣量小以及轉(zhuǎn)矩脈動小等優(yōu)點，并且利用矢量控制思想PMSM容易實現(xiàn)線性的轉(zhuǎn)矩電流特性，所以由PMSM構(gòu)成的交流伺服系統(tǒng)能夠達(dá)到很好的控制性能。下一代基于專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯的智能基于 DSP 永磁同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)研究6控制器也將會采用高級處理器和ASIC加以實現(xiàn)。 永磁同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)永磁同步電動機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成 。為了使得永磁同步伺服電動機(jī)具有正弦波感應(yīng)電動勢波形，其轉(zhuǎn)子磁鋼形狀呈拋物線狀，使其氣隙中產(chǎn)生的磁通密度盡量呈正弦分布。圖 (a) 凸極式電機(jī)轉(zhuǎn) 圖 (b) 隱極式電機(jī)轉(zhuǎn)子 永磁同步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型下面我們將以三相正弦波電流驅(qū)動的永磁同步機(jī)(PMSM)為研究對象，分析永磁同步電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系( )、兩相靜止坐標(biāo)系( )和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系( )，三UVW???dq?種坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，并討論其電磁約束關(guān)系。?tr.? ， ， 為轉(zhuǎn)子磁鏈在 U，V，W 相繞組中產(chǎn)生的交鏈，是 角的函數(shù)。因此，我們可以不看電機(jī)繞組的具體形式，完全可以利用磁場等效的觀點來簡化三相電機(jī)的模型方程。UFVW?基于 DSP 永磁同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)研究11UWVF?FwF 平面場（ ）磁勢圖2R