【正文】 熟知，而旨在改善輸出電壓、電流波形、降低電源系統(tǒng)諧波的多重 PWM 技術(shù)在大功率變頻器中有其獨(dú)特的優(yōu)勢（如 ABB ACS1000 系列和美國 ROBICON 公司的完美無諧波系列等） ；而優(yōu)化 PWM 所追求的則是實(shí)現(xiàn)電流諧波畸變率（ THD）最小，電壓利用率最高，效率最優(yōu)，及轉(zhuǎn)矩脈動最小以及其它特定優(yōu)化目標(biāo)。 B、C 二相的原理圖均與此相同。對于一般的三相交流電機(jī)，采用坐標(biāo)變換，將三相交流繞組等效為兩相互相垂直的交流繞組或旋轉(zhuǎn)的兩相直流繞組，變換后系統(tǒng)變量之間得到部分解耦，從而使得系統(tǒng)分析和控制大為簡化。 （如果是電流的變換就不需要乘了）則有 （41）)176。Park…….變換： ………………（4??????????????iissTM???coin10）Park…..逆變換： ……………..（4?????????????ii TMss??coin11）電機(jī)控制電機(jī)的速度是通過在電機(jī)定子三相繞組中通入合適的交流電壓，產(chǎn)生粗長，最終在轉(zhuǎn)子上施加扭矩，使轉(zhuǎn)子帶動負(fù)載旋轉(zhuǎn)的。Kpi系統(tǒng)加入 PI 控制器后，從 1 型系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為 2 型系統(tǒng)，對于穩(wěn)定的 2 型系統(tǒng)，在斜坡信號響應(yīng)時(shí)輸出穩(wěn)態(tài)誤差一直為零， 不再對控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差有Kp影響。有 PMSM Measurement Demux 模塊分解為 10 個(gè)標(biāo)量輸出（ 1~3 為三相電流 ，4Icb、a和 5 為 ，6 和 7 為 ，8 為點(diǎn)角速度 ，9 為電角度 ，10 為電Idq、 udq、 ?eθe磁轉(zhuǎn)矩 ） ，值得注意的是，電氣系統(tǒng)模型庫要求系統(tǒng)中至少有一個(gè)測量環(huán)節(jié)。實(shí)際中，應(yīng)在充分應(yīng)用器件開關(guān)頻率的前提下，正確的選擇盡可能小的環(huán)寬。pis?2 在前向通道傳遞函數(shù) S=0 處增加了一個(gè)零點(diǎn)，這說明控制系統(tǒng)從 1 型變?yōu)?2 型。添加零軸電流坐標(biāo) ，轉(zhuǎn)換矩陣添加i0與線性無關(guān)的行。實(shí)際矢量控制時(shí)，這一切變換都是在計(jì)算機(jī)里完成，最后又通過控制三相電流的，但此時(shí)的三相電流給定值可以保證這個(gè)“狀態(tài)量”是我想要的那個(gè)數(shù)值。仿效直流電機(jī)電流與同正交解耦可分別控制轉(zhuǎn)矩特性，講旋轉(zhuǎn)的電機(jī)磁通作為空間矢量的參考軸，利用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換方法把定子電流變換為轉(zhuǎn)矩電流分量的激磁電流分量，相互正交，可以分別獨(dú)立控制，這種通過坐標(biāo)變換重構(gòu)的電機(jī)模型可以等效為直流電機(jī)，從而像直流電機(jī)一樣實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩與磁通的準(zhǔn)確控制。系統(tǒng)中必須有快速的電流環(huán)以保證定子電流對矢量控制指令的準(zhǔn)確跟蹤，這樣才能在電機(jī)模型中將定子電壓方程略去，或僅用小慣性環(huán)節(jié)替代，達(dá)到矢量控制的目的。從最初采用模擬電路完成三角調(diào)制波和參考正弦波比較，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制 SPWM 信號以控制功率器件開光開始，到目前采用全數(shù)字化方案，完成優(yōu)化的實(shí)時(shí)在線的 PWM 信號輸出，可以說直到目前為止， PWM 在各種應(yīng)用場合仍在主導(dǎo)地位，并一直是人們研究的熱點(diǎn)?？臻g電角度，如圖 24 所示，該坐標(biāo)系和轉(zhuǎn)子一起在空間上以轉(zhuǎn)子角速度旋轉(zhuǎn)，故為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。定子三相繞組電流產(chǎn)生的磁鏈與轉(zhuǎn)子的位置角有關(guān)，其中轉(zhuǎn)子永磁磁鏈在每相繞組中產(chǎn)生反電動勢。日本 1965 年就開始研制電動車，于 1967 年成立了日本電動車協(xié)會。(4)可靠性高。通過合理的設(shè)計(jì)，表面式、插入式和內(nèi)置式轉(zhuǎn)子均可以使電機(jī)實(shí)現(xiàn)正弦波反電勢。s 永磁同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及其分類（一）基本結(jié)構(gòu)：與傳統(tǒng)電機(jī)一致，永磁同步電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。用戶進(jìn)行仿真時(shí)很少需要程序，只需要用鼠標(biāo)完成拖拉等簡單操作，就可以形象地建立起被研究系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行仿真和分析研究。功能性工具箱用于多種學(xué)科。2） 運(yùn)算符豐富。MATLAB 較MATLAB 無論是界面還是內(nèi)容都有長足的進(jìn)展，其幫助信息采用超文本格式和 PDF 格式，在 Netscape 或 及以上版本，Acrobat Reader 中可以方便地瀏覽。Cleve Moler 給這個(gè)接口程序取名為 MATLAB 該名為矩陣（Matrix ）和實(shí)驗(yàn)室（Laboratory ）兩個(gè)英文單詞的前三個(gè)字母的組合。為了獲得滿意的轉(zhuǎn)矩計(jì)算，仿真研究是最有效的工具和手段。直接轉(zhuǎn)矩控制一誕生，就以自己新穎的控制思想，簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的靜動態(tài)性能受到了普遍的關(guān)注和得到了迅速的發(fā)展。尤其值得一提的是我國是一個(gè)稀土材料豐富的大國，稀土儲量和稀土金屬的提煉都是居世界首位。仿真結(jié)果證明了該方法的有效性，同時(shí)該模型也適用于驗(yàn)證其他控制算法的合理性，為實(shí)際電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試提供的新的思路。為了克服這一缺點(diǎn)，人們在此基礎(chǔ)上又研制出帶有位置傳感器、逆變器驅(qū)動的正弦波永磁同步電機(jī)，這就使得永磁同步電機(jī)有了更廣闊的前景。另外，改變控制策略、修正控制參數(shù)和模型也變得簡單易行，這樣就大大提高了系統(tǒng)的柔性、可靠性及實(shí)用性。MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)字，工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來解算問題要比用 C，F(xiàn)ORTRAN 等語言完相同的事情簡捷得多。1984 年，Cleve Moler 和 John Little 成立了 Math Works 公司正式把MATLAB 推向市場，并繼續(xù)進(jìn)行 MATLAB 的研究和開發(fā)。在國內(nèi)，特別是工程界，MATLAB 一定會盛行起來。5） 程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行。除內(nèi)部函數(shù)以外，所有 MATLAB 的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件，用戶可通過源文件的修改以及加入自己的文件構(gòu)成新的工具箱。電氣系統(tǒng)模塊庫主要包括以下七個(gè)子模塊：1）電源模塊：包括直流電壓源、交流電壓源、交流電流源、可控電壓源和可控電流源等；2）基本元件庫：包括串聯(lián) RLC 負(fù)載、串聯(lián) RCL 支路、并聯(lián) RCL 負(fù)載、線性變壓器、飽和變壓器、互感器、斷路器、N 相分布參數(shù)線路、單相 π 相集中參數(shù)傳輸線路和浪涌放電器等；3）電力電子模塊庫：包括二極管、晶閘管、MOSFET、GTO 、理想開關(guān)和一個(gè)多功能橋等。日前，永磁同步電機(jī)常用的永磁材料是釹鐵硼合金（Nd Fe B）和釤鈷合金（SmCo5，SmCo17） 。 永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)與應(yīng)用 現(xiàn)在永磁同步電機(jī)的輸出功率從幾毫瓦到幾千瓦，覆蓋了微、小及中型電機(jī) 功率范圍，且延伸至大功率領(lǐng)域。正是由于永磁同步電機(jī)這些優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)許多領(lǐng)域用的特殊電機(jī)、高性能電機(jī)都采用永磁同步電機(jī)方案目前節(jié)能降耗已成為我國的基本國策，推廣應(yīng)用永磁同步電機(jī)可以促進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工作發(fā)展，促進(jìn)節(jié)能降耗目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。永磁同步電機(jī)已成為電機(jī)工業(yè)技術(shù)的主要發(fā)展方向之一，在未來也必將發(fā)揮更為重要的作用。由于圓形旋轉(zhuǎn)磁場對于空間任意一點(diǎn)確定的 位置仍然表現(xiàn)為脈動的磁場，而且任意時(shí)α刻圓形旋轉(zhuǎn)磁場的空間分布仍然具有正弦規(guī)律，因此由式（213）可以看出，對于每一相定子電樞來說，繞組軸線的空間位置角 是確定的，轉(zhuǎn)子圓形旋轉(zhuǎn)θ磁場相當(dāng)于是兩個(gè)正交的脈振磁場的疊加，如圖所示：該圓形旋轉(zhuǎn)磁場從定子上觀測，相當(dāng)于一個(gè)同 A 相繞組垂直按照正弦波規(guī)律變化的脈振磁場 的疊ψf?A加，即有： （213）cosθψf?A （214）inff?與 A 相繞組軸線正交的脈振磁場 在 A 相繞組中匝鏈等于 0，因此f?在 A 相繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢也是等于 0。電壓或電流是以一種通（ON）或斷（OFF）的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。在 70 年代開始至 80 年代初，由于但是大功率晶體管主要為雙極性達(dá)林頓三極管，載波頻率一般最高不超過 5KHz，電機(jī)繞組的電磁噪音及諧波引起的振動引起人們的關(guān)注。電流環(huán)滯控制電流波形示意圖如圖 41 所示。永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁永久磁鐵提供。120cos(N176。大家知道：轉(zhuǎn)子連同負(fù)載是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，如果能夠控制施加給轉(zhuǎn)子的扭矩，則可以隨意控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。現(xiàn)在的問題就是選擇合適的值才能夠得到滿意的瞬態(tài)響應(yīng)。Te 仿真結(jié)果該系統(tǒng)的電流限幅值設(shè)為 30A，系統(tǒng)空載啟動，在 時(shí)突然加負(fù)載轉(zhuǎn)矩 。當(dāng)環(huán)寬 2h 選的較大時(shí)，可降低開關(guān)頻率，但電流波形失真較多，諧波分量高；如果環(huán)寬太小，電流波形雖然較好，卻使開關(guān)頻率增大了，這是一對矛盾的因素。校正系統(tǒng)的前向通道傳遞函數(shù)為： （4)2()K()(G(s)2??niPnPC SSωS???19）顯然 PI 控制器的作用為：1 在前向通道傳遞函數(shù) 處增加了一個(gè)零點(diǎn)。因?yàn)檗D(zhuǎn)換矩陣不是方陣，不能求逆。變換的目的是從中找出另外一個(gè)與電機(jī)轉(zhuǎn)矩有直接關(guān)系的“狀態(tài)量”——轉(zhuǎn)矩電流，來控制轉(zhuǎn)矩。這一原理的基本出發(fā)點(diǎn)是考慮到交流電機(jī)是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合、非線性的時(shí)變參數(shù)系統(tǒng)，很難直接通過外加信號準(zhǔn)確地控制電磁轉(zhuǎn)矩。尤其的電流環(huán)，他是高性能 PMSM 系統(tǒng)構(gòu)成的根本，其動態(tài)響應(yīng)特性直接關(guān)系到矢量控制策略的實(shí)現(xiàn)，也直接影響整個(gè)系統(tǒng)的動態(tài)性能。1964 年 和 首先提出把這項(xiàng)通訊技術(shù)應(yīng)用到交流傳動中，從此為交流傳動的推廣應(yīng)用開辟了新的局面。? 永磁同步電機(jī) dq 坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系固定在轉(zhuǎn)子上，其 d 軸位于轉(zhuǎn)子磁極軸線，q 軸逆時(shí)針超前圖 24 兩相靜止坐標(biāo)系d 軸 90176。有所不同的是定子每相繞組內(nèi)部的磁鏈，普通三相交流感應(yīng)電機(jī)由定子三相電流和轉(zhuǎn)子電流共同產(chǎn)生；普通同步電機(jī)由定子三相繞組與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流和阻尼繞組電流共同產(chǎn)生；永磁同步電機(jī)由定子三相繞組電流和轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生。永磁同步電動機(jī)是各種電動車驅(qū)動電機(jī)的發(fā)展方向之一。高永磁磁通密度、輕轉(zhuǎn)子質(zhì)量，帶來高轉(zhuǎn)矩慣量比，有效提高了永磁同步電機(jī)的動態(tài)響應(yīng)能力。為了使電機(jī)具有恒力矩輸出，電機(jī)應(yīng)具有正弦波反電勢，以保持電磁轉(zhuǎn)矩恒定。同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為： ，式中 為電源頻率； 為電動機(jī)的極對Pf60nnss?fsPn數(shù)； 為同步轉(zhuǎn)速。它由模塊庫、模型構(gòu)造及分析指令、演示程序 Demo 但部分組成。功能性工具箱主要用來擴(kuò)充其符號計(jì)算功能，圖示建模仿真功能，文字處理功能以及與硬件實(shí)時(shí)交互功能?？梢哉f，用 MATLAB 進(jìn)行科技開發(fā)是站在專家的肩膀上。1993 年推出 版。到 70 年代后期，身為美國 New Mexico 大學(xué)計(jì)算機(jī)系主任的 Cleve Moler,在給學(xué)生講授線性代數(shù)課程時(shí)，想教會學(xué)生使用 EISPACK 和 LINPACK 程序庫，但他發(fā)現(xiàn)學(xué)生用 FORTRAN 編寫接口程序很費(fèi)時(shí)間，于是他開始自己動手利用業(yè)余時(shí)間為學(xué)生編寫 EISPACK 和 LINPACK 的接口程序。進(jìn)入 90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)的各個(gè)方面都取得了很大的發(fā)展。與矢量控制技術(shù)相比，直接轉(zhuǎn)矩控制很大程度上解決了矢量控制三相感應(yīng)電動機(jī)的特性易受電機(jī)參數(shù)變化的影響這一問題。20 世紀(jì) 80 年代，稀土永磁材料的研制取得了突破性的進(jìn)展，特別是剩磁高、矯頑力大而價(jià)格低廉的第三代新型永磁材料釹鐵硼（Nd Fe B）的出現(xiàn)，極大地促進(jìn)了永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)高性能的電流環(huán)控制，對比了常規(guī)電流滯環(huán)控制和三角波載波比較方式的電流滯環(huán)控制。 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展隨著永磁同步電動機(jī)的控制技術(shù)的不斷發(fā)展，各種控制技術(shù)的應(yīng)用也在逐步成熟，比如 SVPWM、 DTC、SVMDTC 、MRAS 等方面都在實(shí)際中得到應(yīng)用。近年來，在先進(jìn)的數(shù)控交流伺服系統(tǒng)中，多家公司都推出了專門用于電機(jī)控制的芯片。當(dāng)前流行的 MATLAB 部函數(shù)的主包和三十幾種工具包（Toolbox） 。在當(dāng)今 30 多個(gè)數(shù)學(xué)科技應(yīng)用軟件中，就軟件數(shù)學(xué)處理的原始內(nèi)核而言，可分為兩大類。可以說，無論你從事工程方面的哪個(gè)學(xué)科，都能在 MATLAB 里找到合適的功能。6） MATLAB 的圖形功能強(qiáng)大。1990 年，Math Works 軟件公司命名為 SIMULAB,1992 年正式將該軟件更名為 SIMULINK，使得仿真軟件進(jìn)入了模型化圖形組態(tài)階段 SIMULINK 的名稱表明了該系統(tǒng)的兩個(gè)主要功能：Simu(仿真)和 Link(連接)，即該軟件可以利用鼠標(biāo)在模型窗口上繪制出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后利用 SIMULINK 提供的功能來對系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析。為滿足不同的仿真要求并提高仿真速度還設(shè)有晶閘管簡化模型；4）電機(jī)模塊庫：包括激磁裝置、勵(lì)磁裝置、水輪機(jī)及其調(diào)節(jié)器、異步電動機(jī)、同步電機(jī)及其簡化模型和永磁同步電機(jī)等；5）連接模塊庫：提供組織電力電子仿真線路的各連接件，包括地、中性線和母線（公共點(diǎn)）等；6）測量模塊庫：包括電流測量和電壓測量和電抗的測量模塊等；7）附加電氣系統(tǒng)模塊庫：包括均方根測算、有功與無功功率測算、傅立葉分析、可編程定時(shí)器、同步觸發(fā)脈沖發(fā)生器以及三相庫等； 在以上模塊庫的基礎(chǔ)上，根據(jù)需要，可以組合封裝成常用的較復(fù)雜的模塊，添加到所需的模塊中去。從永磁體安裝方式上，轉(zhuǎn)子分為表面粘貼式、表面插入式和內(nèi)置式，如圖 21 所示。在永磁同步電機(jī)中，用于勵(lì)磁的永磁鐵取代了轉(zhuǎn)子的直流勵(lì)磁繞組，從而勵(lì)磁銅耗得以消除，轉(zhuǎn)子慣性也相應(yīng)的降低，并且轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固。永磁同步電機(jī)在電梯領(lǐng)域的應(yīng)用。 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型能夠描述實(shí)際系統(tǒng)各物理量之間的關(guān)系和性能，是被描述系統(tǒng)的近似模擬。而與繞組軸線重合的脈振磁場ψf?則產(chǎn)生感應(yīng)電勢。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電 。為求得改善，隨機(jī) PWM 方法應(yīng)運(yùn)而生。如果且 ，則滯環(huán)控制器輸出正電平，驅(qū)動上橋臂功率開關(guān)器iaref?haref??i件 V1 導(dǎo)通，此時(shí)逆變器輸出正電壓，使實(shí)際電流增大。永磁同步電機(jī)的氣隙長度在物理上是均勻的，但由于永磁材料的磁阻和鐵磁材料的磁阻不一樣，氣