【正文】 電角度 錯誤 !未找到引用源。 （ 313） 式中 錯誤 !未找到引用源。 與 錯誤 !未找到引用源。 旋轉(zhuǎn)，分量錯誤 !未找到引用源。它是凸極 PMSM 用的較多的一種電流控制策略。 ，用來調(diào)節(jié)實際交軸電流； 如果直軸電流 錯誤 !未找到引用源。 為 0。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 。經(jīng)過長期研究，目前的交流電機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 。 為轉(zhuǎn)子角速度 (? =錯誤 !未找到引用源。而且， PMSM 在 25%耀 120%額定負載范圍內(nèi)均可以保持較高的功率因數(shù)和效率 [9]，使電機在輕載運行時的節(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。和普通同步電動機相比，它省去了勵磁裝置，簡化了結構，提高了效率。 盡管我國的 稀土永磁材料和稀土永磁電機的科研水平都達到了國際先進水平 ，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 的發(fā)展還任重而道遠，還有很大潛力可開發(fā)。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 永磁同步電機控制系統(tǒng)設計與仿真 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 永磁同步電機控制系統(tǒng)設計與仿真 1 1 緒論 永磁同步電機 (Permanent Mag Synchronous Machine 即 PMSM)因其結構簡單、體積小、效率高和魯棒性強等優(yōu)點，廣泛用于電機性能和控制精度要求較高的伺服系統(tǒng)，如數(shù)控機床、電動汽車、航空航天等領域 [1]。 PMSM 是一個非線性、多變量、強耦合系統(tǒng)，對系統(tǒng)參數(shù)攝動和外界擾動十分敏感，因此常規(guī)線性控制方法很難獲得理想的控制效果 [2]。 充分發(fā)揮我國稀土資源豐富的優(yōu)勢，大力研究和推廣應用以稀土 永磁電機為代表的各種永磁電機，對 我國國防、工農(nóng)業(yè)、航空事業(yè)的發(fā)展及綜合實力的提升 具有重要的理論意義和實用價值。 永磁同步電機的分類和結構 永 磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁鋼的幾何形狀不同，使得轉(zhuǎn)子磁場在空間的分布可分為正弦波和梯形波兩種。 2． 動態(tài)響應快速、轉(zhuǎn)速平穩(wěn) PMSM 與異步電動機相比，具有較低的慣性，對于一定的電動機轉(zhuǎn) 矩具有較快的響應，即轉(zhuǎn)矩 /慣性比高 [10]。 np ； 錯誤 !未找到引用源。 恒壓頻比控制 恒壓頻比控制 是一種開環(huán)控制，最先被應用于異步電機的調(diào)速系統(tǒng)。 矢量控制的組成和 原理 1) SVPWM 模塊。再經(jīng)過 PI 調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)化為電壓 錯誤 !未找到引用源。 不為 0，因為直軸電流給定值為 0，產(chǎn)生直軸電流 錯誤 !未找到引用源。當 輸出轉(zhuǎn)矩一定時，逆變器輸出電流最小，可以減小電機的銅耗。 的長短不變。 、 錯誤 !未找到引用源。 —— 復系數(shù) 旋轉(zhuǎn)空間矢量 錯誤 !未找到引用源。 ：轉(zhuǎn)子永磁磁鏈 其中： 錯誤 !未找到引用源。 ；磁鏈調(diào)節(jié)器輸出磁鏈增、減控制信號 錯誤 !未找到引用源。 3) 由于采用了直接轉(zhuǎn)矩控制，在加減速或負載 變化的動態(tài)過程中，可以獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應，但必須注意限制過大的沖擊電流，以免損壞功率開關器件，因此實際的轉(zhuǎn)矩響應的快速性也是有限的。但兩者在控制性能上卻各有千秋。在圖 41 中， A、 B、 C 分別表示在空間靜止不動的電機定子三相繞組的軸線，它們在空間互差 120176。 現(xiàn)在以 U U2作用區(qū)間為例，根據(jù)電壓和時間乘積平衡原理，可以得到任意一個參考電壓矢量 Ur。 永磁同步電機控制系統(tǒng)設計與仿真 28 扇區(qū)選擇 圖 47 判斷矢量所處扇區(qū) 根據(jù) 錯誤 !未找到引用源。 表 41 TX 和 TY賦值表 扇區(qū)號 I II III IV V VI TX Z Y Z X X Y TY Y X X Z Y Z 永磁同步電機控制系統(tǒng)設計與仿真 29 計算矢量切換點 Tcm1， Tcm2， Tcm3 定義： 則在不同的扇區(qū)內(nèi) Tcm Tcm Tcm3 根據(jù)表 42 進行賦值。通過仿真 結果可以看到系統(tǒng)能平穩(wěn)運行，具有良好的靜、動態(tài)特性，仿真結果符合永磁同步電機的運行特性，也為實際伺服系統(tǒng)的設計和調(diào)試提供了新的思路。 衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的 答辯委員會 各位專家、教授！ 2020 年 5 月 25 日 永磁同步電機控制系統(tǒng)設計與仿真 36 參考文獻 [1]. Du Qu Wei,Xiao Shu Luo,Bing Hong Wang,Jin Qing Fang,Robust adaptive dynamic surface control of chaos in permanent mag synchro。 (2)根據(jù)永磁同步電機的控制原理，文章講述了永磁同步電機的數(shù)學模型和交流永磁同步電機的結構和分類 。對于 Tcm Tcm Tcm3 的計算， 可用 multiportswitch 來實現(xiàn) [19]。 的關系，當 ?? ＞ 0 錯誤 !未找到引用源。 和 U2錯誤 !未找到引用源。[16]。 DTC 系統(tǒng)則實行 Te 與 Ψs 砰 砰控制，避開了 旋轉(zhuǎn)坐標變換，簡化了控制結構；控制定子磁鏈而不是轉(zhuǎn)子磁鏈，不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響；但不可避免地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動，低速性能較差，調(diào)速范圍受到限制。 5. 電壓空間矢量和逆變器的開關狀態(tài)的選擇 根據(jù)定子磁鏈給定和反饋信號進行砰 砰控制，按控制程序選取電壓空間矢量的作用順序和持續(xù)時間。開關表根據(jù) 錯誤 !未找到引用源。 （ 320） 直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制技術是用空間矢量的分析方法直接在定子坐標系下計算并控制交流電機的轉(zhuǎn)矩，借助于雙位模擬調(diào)節(jié)器產(chǎn)生信號，直接對逆變器的開關狀態(tài)進行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高性能控制。 若 錯誤 !未找到 引用源。 之間互為反向，即一個接通，一個斷開，所以三組開關有 錯誤 !未找到引用源。 軸與 d 軸的夾角 錯誤 !未永磁同步電機控制系統(tǒng)設計與仿真 13 找到引用源。 ：三相繞組每相繞組匝數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。 ； 5) 電壓 錯誤 !未找到引用源。通過精密電阻或電流傳感器測量定子電流； 3) 轉(zhuǎn)子速度 /位置反饋模塊。 在一些動態(tài)性能要求不高的場所，由于開環(huán)變壓變頻控制方式簡單，至今仍普遍用于一般的調(diào)速系統(tǒng)中，如風機、水泵，但因其依據(jù)電動機的穩(wěn)態(tài)模型，無法獲得理想的動態(tài)控制性能，因此必須依據(jù)電動機的動態(tài)數(shù)學模型。 (2) 定子磁鏈方程為： 錯誤 !未找到引用源。 4． 應用范圍廣、可靠性高 ， 在醫(yī)療器械、化工、輕紡、儀器儀表等領域均獲得應用。這樣就造成兩種同步電動機在原理、模型及控制方法上有所不同，為了區(qū)別由它們組成的永磁同步電動機交流調(diào)速系統(tǒng)，習慣上又把正弦波永磁同步電動機組成的調(diào)速系統(tǒng)稱為正弦型永磁同步電動機 (PMSM)調(diào)速系統(tǒng)或調(diào)速永磁同步電動機 ；而由梯形波 (方波 )永磁同步電動機組成的調(diào)速系統(tǒng)，在原理和控制方法上與直流電動機系統(tǒng)類似，故稱這種系統(tǒng)為無刷直流電動機 (BLDCM)調(diào)速系統(tǒng) [7]。 隨著我 國航空工業(yè)的快速發(fā)展，普通電機難以滿足系統(tǒng)的要求。 永磁同步電機的發(fā)展概況與研究現(xiàn)狀 永磁電機是采用永磁體代替通電線圈勵磁的一種電動機。 此文借助這一手段在詳細分析了永磁同步電機矢量控制的機理，并提出了一套相應的矢量控制方案后，建立了仿真和試驗平臺，進行了仿真分析和實驗研究。又由于稀土永磁磁極，可以獲得較高的氣隙磁密。 永磁同步電機控制系統(tǒng)設計與仿真 4 2 永磁同步電機系統(tǒng) 永磁式同步電機結構簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高， 和直流電機相比，它沒有直流電機的換向器和電刷等缺點。 1． 高效率、高功率因數(shù)、節(jié)能用永磁體代替電勵磁，不需要無功勵磁電流 ， 可以顯著提高功率因數(shù)。 （ 22） 式中： r 為定子繞組電阻； p 為微分算子， p=d/dt ； id 、 iq 為定子電流； ud 、 uq為定子電壓； ?d 、 ?q 錯誤 !未找到引用源。因此可以獨立調(diào)節(jié)；交流電機的主磁場和電樞磁場互不垂直，互相影響。 矢量控制的優(yōu)點在于調(diào)速范圍寬，動態(tài)性能較好。 行比較，并通過 PI 調(diào)節(jié)器產(chǎn)生交軸參考電流 ids? ； 4) 交、直軸參考電流 ids? 、 iqs? 與實際反饋的交、直軸電流 ids 、 iqs 錯誤 !未找到引用源。 和實際交軸電流比較 ,錯誤 !未找到引用源。不足之處在于能夠輸出的最大轉(zhuǎn)矩較小。 d、 q 軸和矢量 錯誤 !未找到引用源。 與 錯誤 !未找到引用源。 圖 36 6 個工作電壓空間矢量的頂點構成的正六邊形 選定定子坐標系中的 ? 與 Park 矢量復平面的實軸 ??tXa 、 ??tXb 、 ??tXc 其三相物理量 Park 的矢量 錯誤 !未找到引用源。 ：定子相繞組電感 錯誤 !未找到引用源。 、 錯誤 !未找到引用源。 3. 控制特點 與 VC 系統(tǒng)一樣，它也是分別控制電動機的轉(zhuǎn)速和磁鏈，但在具體控制方法上，DTC 系統(tǒng)與 VC 系統(tǒng)不同的 特點是： 1) 轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制采用雙位式砰 砰控制器，并在 PWM 逆變器中直接用這兩個控制信號產(chǎn)生電壓的 SVPWM 波形，從而避開了將定子電流分解成轉(zhuǎn)矩和磁鏈分量，省去了旋轉(zhuǎn)變換和電流控制，簡化了控制器的結構。除此之外，異步電動機的其它二相變量 也表示成空間矢量 ，磁鏈矢量包括定子磁鏈矢量、氣隙磁鏈矢量和轉(zhuǎn)子磁鏈矢量。 電壓空間矢量脈寬調(diào)制原理 電壓空間矢量 電機輸入三相正弦電壓的最終目的是在空間產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。 圖 43 基本空間電壓矢量 零矢量的作用 在非零矢量作用的同時，插入零矢量的作用，讓電機的磁鏈端點“走走停?！保@樣可改變磁鏈運行速度，使磁鏈軌跡近似為一個圓形，從而實現(xiàn)恒磁通變頻調(diào)速。 矢量控制中用到的變換有：將三相平面坐標系向兩相平面直角坐標系的轉(zhuǎn)換（ Clarke 變換）和將兩相靜止直角坐標系向兩相旋轉(zhuǎn)直角坐標系的變換（ Park 變換）。 賦值后，要對其進行飽和判斷。因此，研究和發(fā)展高性能永磁同步電機控制系統(tǒng)來滿足現(xiàn)代工業(yè)迅速發(fā)展的要求具有重要的實用價值。 在兩年的學習生活和工作中，還得到了我們 XX 學院許多領導和老師的熱情關心和幫助，在此深表感謝。雖然這是種基本的控制策永磁同步電機控制系統(tǒng)設計與仿真 34 略，但為永磁同步電機的發(fā)展和應用打下了良好的基礎，為研究更優(yōu)越的控制系統(tǒng)奠定基石。 永磁同步電機控制系統(tǒng)設計與仿真 31 PMSM 閉環(huán)矢量控制仿真模型 圖 411 PMSM 閉環(huán)矢量控制仿真模型 仿真結果 為了驗證所建模型仿真模型的正確性和有效性，對模型進行了仿真實驗。 ＜ 0，則 C=1； 否則 C=0。 （ 47） 錯誤 !未找到引用源。 （ 43） 我們可以看到三相電壓空間矢量的合成空間矢量是一個旋轉(zhuǎn)空間矢量，它的幅值是每相電壓值的 倍，其旋轉(zhuǎn)的角速度等于正弦電壓量的角頻率。在第四章將對永磁同步電機矢量控制仿真，而這一章節(jié)的內(nèi)容則為第四章內(nèi)容奠定基礎。 6. DTC 系統(tǒng)存在的問題 1) 由于采用砰 砰控制，實際轉(zhuǎn)矩必然在上下限內(nèi)脈動，而不是完全恒定的。 永磁同步電機控制系統(tǒng)設計與仿真 18 圖 37 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本原理框圖