【導(dǎo)讀】據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計）不包含其他個。人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本論文（設(shè)計）的研究做出重要貢獻的個人和集。體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。計）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設(shè)計）用于非贏利目的的少量。復(fù)制并允許論文（設(shè)計）進入學(xué)校圖書館被查閱。保密的論文（設(shè)計）在解密后適用本規(guī)。文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬字。合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒。特別是在高精度和高可靠性控制系統(tǒng)中，永磁同步電機已逐步成為主流電。加之我國稀土資源比較豐富，這就為永磁同步電機的控制研究提供了基礎(chǔ)，使之快速成為電機控制領(lǐng)域的重點和熱點。行特點和定子最小電流比和id=0控制機理。建立SVPWM控制模塊控制逆變器。功率開關(guān)管的通斷，并將兩種控制方法進行比較。仿真結(jié)果表明取得了較好的控

　　

【正文】 N1 C C o n s t a n t 1300C o n s t a n t2U b e t a1U a l f a 圖 SVPWM 整體封裝模塊 電流反饋控制模塊 根據(jù)第三章推倒出來的公式 可以建立電流 控制模型 (1) di 的控制模型 1id K G a i n 2 K G a i n 1 K G a i nu ( 1 ) ^ 2F c n 1u ( 1 ) ^ 3F c n C C o n s t a n tA d d1Te 圖 Te 與 id 的關(guān)系轉(zhuǎn)化模塊 (2) qi 的控制模型 1iq K G a i n 2 K G a i n 1 K G a i nu ( 1 ) ^ 2F c n 1u ( 1 ) ^ 3F c n C C o n s t a n tA d d1Te 圖 Te 與 qi 的關(guān)系轉(zhuǎn)化模塊 永磁同步電機控制系統(tǒng)仿真 利用以上各個功能模塊，在 Matlab/Simulink 環(huán)境下構(gòu)建永磁同步電機最小定子電流控制系統(tǒng)和 0?di 控制系統(tǒng)的的仿真模型如圖 、 所示。 C o n t i n u o u sp o w e r g u in _ r e fni s _ a b cgABC+U n i ve r s a l B r i d g eTeTeiqS u b s ys t e m 3U alf aU be t apu ls eS u b s ys t e m 2TeidS u b s ys t e m 1uqudt he t suaubS u b s ys t e mS t e p 1S co p e 1TmmABCP M S MI n1 Ou t 1P I 5I n1 Ou t 1P I 4I n1 Ou t 1P I 3i+I[ n ]G o t o K G a i n 14G a i n[ n ]F r o mDC2DC1p i / 2C o n s t a n t 1mis _a bcwmt he t amTe 圖 永磁同步電機定子最小電流控制系統(tǒng)仿真模型圖 仿真時永磁同步電機的各性能參數(shù)設(shè)置如下 [7]：直流母線電壓為 du =300V，定子繞組電阻 R=， PWM 周期 sT =，定子電感為 dL = qL =，極對數(shù) P=4，永磁磁鏈 f? =，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量 J=*。給定轉(zhuǎn)速為在 0s 是為 500rad/s,階躍后為 750rad/s。電機空載啟動，在 t= 時，突加負(fù)載 lT 有 階躍到 ，電機運行時的各項性能參數(shù)仿真結(jié)果如圖 和 所示。 5 仿真結(jié)果 電流 0?di 控制方式和 最小定子電流控制方式下的仿真出電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波形 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 4 0 3 0 2 0 1 0010203040500 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 20200400600800100012000 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 3 0 2 0 1 0010203040A/sabci/min/rnN.m/eTs/t 圖 電流 0?di 控制方式下的定子電流、轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩波形 仿真結(jié)果分析 由仿真波形可以看出，在參考轉(zhuǎn)速下，所設(shè)定輸出轉(zhuǎn)矩最終達到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩lT =。 (1)對于 定子最小電流控制方式系統(tǒng)起動響應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)速有一個較大的脈動。當(dāng)負(fù)載突變時，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩、定子電流了都有一個脈動，經(jīng)過調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速能夠 快速穩(wěn)定的再次跟蹤給定值。三相定子電流呈正弦波變化，在負(fù)載突變后幅值有明顯的躍升，但很快穩(wěn)定在三相對稱正弦波周期性變化狀態(tài)下。轉(zhuǎn)矩在開始啟動時脈動很大但 是在 左右很快穩(wěn)定在系統(tǒng)所設(shè)定的 lT =0(0t),達到平衡。至于轉(zhuǎn)速也是經(jīng)過相當(dāng)短的時間震蕩后很快穩(wěn)定在所設(shè)定基速 refn =750rad/s 下穩(wěn)定運行。但是在 時負(fù)載轉(zhuǎn)矩 lT 從 階躍到 ，此時從仿真結(jié)果可以看出電機的定子電流、轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩在 有一個較小的脈動但很快達到穩(wěn)定狀態(tài)。可以看出在最小定子電流控制方式下，永磁同步電機表現(xiàn)出了非常 好的動穩(wěn)態(tài)性能，并對外界的擾動有較強的抵抗作用。 (2)對于 電流 0?di 控制方式起動響應(yīng)速度相對較慢，轉(zhuǎn)速有一個比較較大的脈動。當(dāng)負(fù)載突變時，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩、定子電流了都有一個脈動，經(jīng)過調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速能夠快速的再次跟蹤給定值，但不能達到穩(wěn)態(tài)時的給定值需要時間相對長一些。三相定子電流呈正弦波變化，在負(fù)載突變后幅值有明顯的躍升，但也很快達到穩(wěn)定。至于轉(zhuǎn)矩，對外界所加的負(fù)載擾動有很快的動態(tài)響應(yīng)，從在 各種參數(shù)的變換可以看出，當(dāng)然也能很快穩(wěn)定在所設(shè)定的參考值下，但在這一暫 態(tài)過程中轉(zhuǎn)矩的抖動相比較而言有點大。可見此種控制方式下的永磁同步電機穩(wěn)態(tài)性能、抗干擾能力較強，有一定的動態(tài)響應(yīng)能力相對差一些。 通過對應(yīng)用于永磁同步電機的定子最小電流和電流 0?di 兩種矢量控制方法的比較，可以看出前者和后控制后電機所表現(xiàn)出的穩(wěn)態(tài)性能，抗外界擾動的能力相當(dāng)，但是后者表現(xiàn)出的動態(tài)性能不如前者， 這些都符合預(yù)計的分析。仿真結(jié)果說明所搭建的永磁同步電機控制系統(tǒng)仿真模型具有一定合理性和可靠性，更加凸顯了最小定子電流控制方式較 0?di 控制方式的在動態(tài)性能要求高的控制系統(tǒng)中優(yōu)越性。通過兩種不同控制方式的比較達到了比較控制的目的，在滿足穩(wěn)定性和可靠性的同時使定子電流達到最優(yōu)控制。 6 總結(jié) 與展望 總結(jié) 由于永磁同步電機結(jié)構(gòu)簡單，電磁轉(zhuǎn)矩紋波系數(shù)小、速度響應(yīng)快、動穩(wěn)態(tài)性能優(yōu)異及過載能力強等優(yōu)點，同時先進控制理論的快速發(fā)展以及新型永磁材料技術(shù)的突破使得永磁同步電機成為今后交流調(diào)速系統(tǒng)研究和發(fā)展的重點和熱點。目前矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制在永磁同步電機上的應(yīng)用越來越廣泛。本文從研究永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，基于最大轉(zhuǎn)矩電流比 建立了基于空間矢量控制的永磁同步電機仿真模型，并以并進行了仿真，本文的主要工作如下： (1)分析了 課題研究的背景及意義，回顧永磁同步電機的發(fā)展歷程。 對永磁同步電機的結(jié)構(gòu)進行了簡單介紹，并概括性的敘述了當(dāng)前永磁同步電機的控制方法。 (2)在一定假設(shè)條件下對永磁同步電機在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型進行了分析與總結(jié)。在三種坐標(biāo)系下分別建立了 永磁同步電機的電壓回路方程，永磁同步電機的磁鏈方程，永磁同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩方程，永磁同步電機的機械運動方程。 (3)分析了永磁同步電機定子電流最小控制和 0?di 控制方式的工作原理。首先分析了 永磁同步電機矢量控制原理，以及三坐標(biāo)的相互轉(zhuǎn)化，最后以定子電流為研究對象，利用高等數(shù)學(xué)中求極值的原理，求出了定子電流的條件極值，在滿足條件極值的情況下，求出了在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的交直軸電流表達式，及轉(zhuǎn)矩與電流的關(guān)系式。最后 采用曲線擬和的方法反解 MTPA 關(guān)系式。 (4)建立永磁同步電機定子電流最小控制和 0?di 控制 的仿真模型， 基于永磁同步電機的矢量控制原理，在分析永磁同步電機數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，利用 Matlab仿真工具，建立了系統(tǒng) 的仿真模型。根據(jù)系統(tǒng)模塊化建模的思想，將控制系統(tǒng)分成各個功能獨立的子模塊，主要有：坐標(biāo)變換模塊、 SVPWM 模塊、 電流反饋控制模塊 和電機本體模塊。 (5)進行了仿真實驗，仿真出電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波形進行對比，仿真結(jié)果驗證了所搭建永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)模型的正確性和有效性。 展望 雖然我在永磁同步電機控制器的設(shè)計及仿真方面做了一點工作，但是由于永磁同步電機結(jié)構(gòu)的特殊性和控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，以及作者時間和能力有限，論文中還存在一些問題有待進一步思考和研究： 我們 在建立 永磁同步 電機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型時 ， 為了便于列 出其基本方程式 ，通常都 忽略電機的鐵耗、變量復(fù)雜多變、強耦合、非線性等問題 。 但是 在實際電機中 ，這些都是 是真實存在的 ，而且 它會對電機的各種性能 產(chǎn)生重要的影響 。例如對采用高硅鋼片作鐵心材料的大型電機來說 ,鐵耗 占銅耗的一部分， 而對于采用較厚的普通硅鋼片電機來說 ， 鐵耗占銅耗 的比例越高，影響更大 [11]。 當(dāng)然， 還存在參數(shù)時變以及負(fù)載擾動等不確定性因素的影響。這些方面的忽略對控制精度要求極高的系統(tǒng)如伺服系統(tǒng)來說，對更好的控制方法進行控制來獲得更高的性能提出了新的要求。 因此，以后關(guān)于這永磁同步電機控制系統(tǒng)的研究會跟多的關(guān)注這些被忽略的 鐵耗、變量復(fù)雜多變、強耦合、非線性等問題。只有這樣，才能把電機控制推向一個嶄新的高度。