【正文】 所以又稱“電壓空間矢量 PWM 控制”。 4 基于 Matlab/Simulink 的永磁同步電機(jī)矢量控制 系統(tǒng) 仿真 永磁同步電機(jī)（ PMSM）是采用高能永磁體為轉(zhuǎn)子，具有低慣性、快響應(yīng)、高功率密度、低損耗、高效率等優(yōu)點(diǎn)，成為了高精度、微進(jìn)給伺服系統(tǒng)的最佳執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一。 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 21 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)與矢量控制系統(tǒng)的比較 DTC 系統(tǒng)和 VC 系統(tǒng)都是已獲實(shí)際應(yīng)用的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)。 2) 由于磁鏈計(jì)算采用了帶積分環(huán)節(jié)的電壓模型，積分初值、累積誤差和定子電阻的變化都會(huì)影響磁鏈計(jì)算的準(zhǔn)確度。 2) 選擇定子磁鏈作為被控量，而不像 VC 系統(tǒng)中那樣選擇轉(zhuǎn)子磁鏈，這樣一來，計(jì)算磁鏈的模型可以不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。在它的轉(zhuǎn)速環(huán)里面，利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，因而得名。 分別為定子磁鏈模值和電磁轉(zhuǎn)矩的給定信號(hào)，作為反饋信號(hào)使用。它 采取定子磁鏈定向的方法，利用離散的兩點(diǎn)式控制直接對(duì)電動(dòng)機(jī)的定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)節(jié)， 省掉了復(fù)雜的矢量變換，其控制思想新穎，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制手段直接，信號(hào)處理的物理概念明確 等優(yōu)點(diǎn) [14]。 ：定子相繞組互感 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (316) 電壓空間矢量的結(jié)論： 1) 逆變器六個(gè)工作電壓狀態(tài)給出了六個(gè)不同方向的電壓空間矢量。 為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 表 31 8 種可 能的開關(guān)組合 狀態(tài) 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 逆變器 7 種不同的電壓狀態(tài)： 電壓狀態(tài)“ 1”至“ 6” 零電壓關(guān)狀態(tài)“ 0”和“ 7” 逆變器的輸出電壓 ??tUs 用空間電壓矢量來表示，依次表示為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 、 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 之間存在下列關(guān)系 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 都以轉(zhuǎn)速 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 33） 坐標(biāo)系變換矩陣： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 3. 最大轉(zhuǎn)矩 /電流比控制 也稱為單位電流輸出最大轉(zhuǎn)矩的控制（最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制）。 控制 定子電流中只有交軸分量，且定子磁動(dòng)勢(shì)空間矢量與永磁體磁場(chǎng)空間矢量正交，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與定子電流成正比。 得到偏差 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 和 ； 6) 電壓 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 進(jìn)行比較，取直軸參考電流 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。不足之處是按轉(zhuǎn)子磁鏈定向會(huì)受電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的影響而失真，從而降低了系統(tǒng)的調(diào)速性能。 矢量控制 高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)需要現(xiàn)代控制理論的支持，對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)，目前使用最廣泛的當(dāng)屬矢量控制方案。因此，長(zhǎng)期以來，交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制性能較差。 (3) 電磁轉(zhuǎn)矩為： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 分別為磁鏈在 d， q 軸上的分量； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。電樞電流還會(huì)產(chǎn)生僅與定子繞組相交鏈的定子繞組漏磁通，并在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)漏電動(dòng)勢(shì)。定、轉(zhuǎn)子同步，轉(zhuǎn)子鐵心沒有鐵耗， PMSM 的效率較電勵(lì)磁同步電機(jī)和異步電機(jī)要高。這種永磁同步電動(dòng)機(jī)的重要特點(diǎn)是直、交軸的主電感不相等。和異步電動(dòng)機(jī)相比，它由于不需要無功勵(lì)磁電流，因而效率高，功率因數(shù)高，力矩慣量比大，定子電流和定子電阻損耗減小，且轉(zhuǎn)子參數(shù)可測(cè)、控制性能好；但它與異步電機(jī)相比，也有成本高、起動(dòng)困難等缺點(diǎn)。 又由于矢量控制還是一個(gè)很不成熟的領(lǐng)域，還有很多的問題有待研究。裝置結(jié)構(gòu)緊湊采用永磁同步電機(jī)的永磁交流伺服系統(tǒng)可將同步電機(jī)改造為具備與直流伺服電動(dòng)機(jī)相類似的伺服性能，并以其優(yōu)異性能成為精密電氣伺服控制系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，代表了電伺服技術(shù)的發(fā)展方向，有望得到廣泛的應(yīng)用。 上個(gè)世紀(jì)八十年代國(guó)外開始對(duì)逆變器供電的永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行深入的研究。 關(guān)鍵詞： 永磁同步電機(jī) /Matlab/Simulink 仿真 /矢量 控制 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 II Permanent Mag Synchronous Motor Control System Design And Simulation ABSTRACT Permanent mag synchronous motor has a small size, power density, higher efficiency and power factor distinctive features, starting from the late 1970s, the permanent mag synchronous motor to get wide attention. With the development of highperformance permanent mag materials and declining prices, the application of permanent mag motor is more extensive. Especially in recent years, with the advances in the rapid development of permanent mag materials and power electronics and control technologies, permanent mag synchronous motor will increasingly replace traditional motor, the prospects are very optimistic, permanent mag motor drive controller the design has bee a hot topic of the motor areas of research, thus it is very significant to the study of permanent mag synchronous motor. This article first a brief introduction to the structure of the permanent mag synchronous motor, the performance, then a more prehensive description of the development status and trends of the permanent mag synchronous motor and its related technologies, and finally about several permanent mag synchronous motor control system monly used in control strategies. In the analysis of permanent mag synchronous motor mathematical model based on the help of Matlab39。隨著高性能永磁材料的發(fā)展和價(jià)格的不斷下降，永磁電機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。為了提高 PMSM 的控制性能，國(guó)內(nèi)外研究人員提出了許多非線性控制方法，主要有：反步法控制、反饋線性化控制、滑?？刂?、智能控制、自適應(yīng)控制和自抗擾控 制等，這些非線性控制方法改善了 PMSM 系統(tǒng)性能，提高了系統(tǒng)魯棒性。在逆變器供電情況下，永磁同步電機(jī)的原有特性將會(huì)受到影響，其穩(wěn)態(tài)特性和暫態(tài)特性與恒定頻率下的永磁同步電機(jī)相比有不同的特點(diǎn)。 永磁同步電機(jī)的研究意義 正如前面幾節(jié)所述，永磁同步電動(dòng)機(jī) (PMSM)具有體積小、重量輕、反應(yīng)快、效率高等優(yōu)點(diǎn)，隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)已經(jīng)在現(xiàn)代高性能伺服系統(tǒng)中得到了極為廣泛的應(yīng)用，尤其是近年來，隨著永磁材料的迅速發(fā)展，電力電子和控制技術(shù)的進(jìn)步，稀土永磁同步電機(jī)將越來越多地替代傳統(tǒng)電機(jī)，應(yīng)用前景非常的樂觀，因而對(duì)永磁同步電機(jī)的研究是非常有意義的。 第二章著重闡述了永磁同步電機(jī)系統(tǒng)，包括其結(jié)構(gòu)、分類、特點(diǎn)和工作原理，以及永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，在定子上產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)波形也有兩種：一種為正弦波；另一種為梯形波 [6]。 本節(jié)中采用的電機(jī)為凸裝式正弦波永磁同步電機(jī)，結(jié)構(gòu)如圖 21 所示，定子繞組永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 5 一般制成多相，轉(zhuǎn)子由永久磁鋼按一定對(duì)數(shù)組成，本系統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極對(duì)數(shù)為兩對(duì)，則電機(jī)轉(zhuǎn)速為 n=60f／ p， f 為電流頻率， P 為極對(duì)數(shù) [8]。 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 6 3． 體積小、重量輕隨著高性能永磁材料的不斷應(yīng)用， PMSM 的功率密度大大提高，與同容量異步電機(jī)相比，其體積和重量有較大的減少。為了便于分析，在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，假設(shè)以下參數(shù)： ① 忽略電動(dòng)機(jī)的鐵心飽和；②不計(jì)電機(jī)中的渦流和磁滯損耗； ③ 定子和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)沿定子內(nèi)圓按正弦分布，即忽略磁場(chǎng)中所有的空間諧波；④各相繞組對(duì)稱，即各相繞組的匝數(shù)與電阻相同，各相軸線相互位移同樣的電角度 [12]。為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。 若電動(dòng)機(jī)為隱極電動(dòng)機(jī)，則 錯(cuò)誤 !未找到引用源。一旦速度給定后，利用空間矢量脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)化為期望的輸出電壓 Uout 進(jìn)行控制，使電動(dòng)機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。因此矢量控制的關(guān)鍵在于對(duì)定子電流幅值和空間位置 (頻率和相位 )的控制。采用先進(jìn)的調(diào)制算法以減少電流諧波、提高直流母線電壓利用率； 2) 電流讀取模塊。 與轉(zhuǎn)子位置 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 當(dāng) 錯(cuò)誤 !未找到 引用源。 ； 以上兩個(gè)偏差電流 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 2. 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 矢量控制的 坐標(biāo)變換 1. Clarke（ 3s/2s） 變換 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 36） 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 a 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 310） 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 與 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 的某個(gè)時(shí)刻在某軸線 a、 b、 c 軸上的投影就是該時(shí)刻該相物理量的瞬時(shí)值。 矢量控制的 基本方程 SMPMSM 的電壓和磁鏈方程： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 磁鏈轉(zhuǎn)矩方程 : 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 17 （ 319） 錯(cuò)誤 !未找到引用源。在得到電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩值后，即可對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行 DTC。 。 3) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸出作為轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)，弱磁時(shí)它還受到磁鏈給定信號(hào)的控制。 4. 控制規(guī)律和反饋模型 除轉(zhuǎn)矩和磁鏈砰 砰控制外 ， DTC 系統(tǒng)的核心問題就是： 1) 轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈反饋信號(hào)的計(jì)算模型； 2) 如何根據(jù)兩個(gè)砰 砰控制器的輸出信號(hào)來選擇電壓空間矢量和逆變器的 開關(guān)狀態(tài)。 空間矢量控制 1. 空間矢量 在 節(jié)的第三條中已經(jīng)做了詳細(xì)介紹，這里不在重復(fù)說明。 VC 系統(tǒng)強(qiáng)調(diào) Te 與 Ψr的解耦，有利于分別設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速與磁鏈調(diào)節(jié)器；實(shí)行連續(xù)控制，可獲得較寬的調(diào)速范圍；但按 Ψr 定向受電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，降低了系統(tǒng)的魯棒性。永磁同步電機(jī)（ PMSM）是一個(gè)復(fù)雜耦合的非線性系統(tǒng)。三相定子相電壓 UA、 UB、 UC 分別加在三相繞組上，可以定義三個(gè)電壓空間矢量 UA、 UB、 UC，它們 的方向始終在各相的軸線上，而大小則隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，時(shí)間相位互差120176。 在調(diào)速系統(tǒng)中，電機(jī)由三相 PWM 逆變器供電，如圖 42 所示。 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 26 圖 44 U1錯(cuò)誤 !未找到引用源。 或 U1。 和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 Z=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 表 42 切換點(diǎn) Tcm Tcm Tcm3 賦值表 扇區(qū)號(hào) I II III IV V VI Tcm1 Tb Ta Ta Tc Tc Tb Tcm2 Ta Tc Tb Tb Ta Tc Tcm3 Tc Tb Tc Ta Tb Ta 在 Matlab 的 Simulink 環(huán)境下的實(shí)現(xiàn)如圖 4圖 4圖 4 圖 411 所示。在 ，負(fù)載轉(zhuǎn)矩由 2N?m突變?yōu)?8N?m，轉(zhuǎn)速有微小的震蕩后回到給定值，定子電流在 發(fā)生變化。綜合前面章節(jié)的內(nèi)容，本文的主要成果體現(xiàn)在以下三個(gè)方面： (1)通過閱讀大量國(guó)內(nèi)外高性能稀土永磁電機(jī)相關(guān)文獻(xiàn)，較為全面的介紹了國(guó)內(nèi)外永磁電機(jī)的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀，并簡(jiǎn)要介紹了永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)常用的幾種控制技術(shù)，其中重點(diǎn)講述了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和矢量控制系統(tǒng)，為本文的研究工作奠定了基礎(chǔ)。 總之，在永磁同步電機(jī)矢量控制中，提出一種高 精度的混合控制方法并利用更先進(jìn)的理論也是今后研究的一