【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(jì)）不包含其他個(gè)。人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集。體，均已在文中作了明確說(shuō)明并表示謝意。計(jì)）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設(shè)計(jì)）用于非贏利目的的少量。復(fù)制并允許論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)入學(xué)校圖書(shū)館被查閱。保密的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)。文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬(wàn)字。合國(guó)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(shū)寫(xiě)，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(jī)已逐步成為主流電。加之我國(guó)稀土資源比較豐富，這就為永磁同步電機(jī)的控制研究提供了基礎(chǔ)，使之快速成為電機(jī)控制領(lǐng)域的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。行特點(diǎn)和定子最小電流比和id=0控制機(jī)理。建立SVPWM控制模塊控制逆變器。功率開(kāi)關(guān)管的通斷，并將兩種控制方法進(jìn)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(lái)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(jī)控制系統(tǒng)仿真 利用以上各個(gè)功能模塊，在 Matlab/Simulink 環(huán)境下構(gòu)建永磁同步電機(jī)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(jī)定子最小電流控制系統(tǒng)仿真模型圖 仿真時(shí)永磁同步電機(jī)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(duì)數(shù) P=4，永磁磁鏈 f? =，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=*。給定轉(zhuǎn)速為在 0s 是為 500rad/s,階躍后為 750rad/s。電機(jī)空載啟動(dòng)，在 t= 時(shí)，突加負(fù)載 lT 有 階躍到 ，電機(jī)運(yùn)行時(shí)的各項(xiàng)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(dá)到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩lT =。 (1)對(duì)于 定子最小電流控制方式系統(tǒng)起動(dòng)響應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)速有一個(gè)較大的脈動(dòng)。當(dāng)負(fù)載突變時(shí)，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩、定子電流了都有一個(gè)脈動(dòng)，經(jīng)過(guò)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(duì)稱正弦波周期性變化狀態(tài)下。轉(zhuǎn)矩在開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)脈動(dòng)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(dá)到平衡。至于轉(zhuǎn)速也是經(jīng)過(guò)相當(dāng)短的時(shí)間震蕩后很快穩(wěn)定在所設(shè)定基速 refn =750rad/s 下穩(wěn)定運(yùn)行。但是在 時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 lT 從 階躍到 ，此時(shí)從仿真結(jié)果可以看出電機(jī)的定子電流、轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩在 有一個(gè)較小的脈動(dòng)但很快達(dá)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(jī)表現(xiàn)出了非常 好的動(dòng)穩(wěn)態(tài)性能，并對(duì)外界的擾動(dòng)有較強(qiáng)的抵抗作用。 (2)對(duì)于 電流 0?di 控制方式起動(dòng)響應(yīng)速度相對(duì)較慢，轉(zhuǎn)速有一個(gè)比較較大的脈動(dòng)。當(dāng)負(fù)載突變時(shí)，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩、定子電流了都有一個(gè)脈動(dòng)，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速能夠快速的再次跟蹤給定值，但不能達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的給定值需要時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)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(dá)到穩(wěn)定。至于轉(zhuǎn)矩，對(duì)外界所加的負(fù)載擾動(dòng)有很快的動(dòng)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(guò)程中轉(zhuǎn)矩的抖動(dòng)相比較而言有點(diǎn)大?？梢?jiàn)此種控制方式下的永磁同步電機(jī)穩(wěn)態(tài)性能、抗干擾能力較強(qiáng)，有一定的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力相對(duì)差一些。 通過(guò)對(duì)應(yīng)用于永磁同步電機(jī)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(jī)所表現(xiàn)出的穩(wěn)態(tài)性能，抗外界擾動(dòng)的能力相當(dāng)，但是后者表現(xiàn)出的動(dòng)態(tài)性能不如前者， 這些都符合預(yù)計(jì)的分析。仿真結(jié)果說(shuō)明所搭建的永磁同步電機(jī)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(dòng)態(tài)性能要求高的控制系統(tǒng)中優(yōu)越性。通過(guò)兩種不同控制方式的比較達(dá)到了比較控制的目的，在滿足穩(wěn)定性和可靠性的同時(shí)使定子電流達(dá)到最優(yōu)控制。 6 總結(jié) 與展望 總結(jié) 由于永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電磁轉(zhuǎn)矩紋波系數(shù)小、速度響應(yīng)快、動(dòng)穩(wěn)態(tài)性能優(yōu)異及過(guò)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)先進(jìn)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(jī)成為今后交流調(diào)速系統(tǒng)研究和發(fā)展的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。目前矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制在永磁同步電機(jī)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文從研究永磁同步電機(jī)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(jī)仿真模型，并以并進(jìn)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(jī)的發(fā)展歷程。 對(duì)永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并概括性的敘述了當(dāng)前永磁同步電機(jī)的控制方法。 (2)在一定假設(shè)條件下對(duì)永磁同步電機(jī)在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型進(jìn)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(jī)的電壓回路方程，永磁同步電機(jī)的磁鏈方程，永磁同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方程，永磁同步電機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程。 (3)分析了永磁同步電機(jī)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(jī)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(duì)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(dá)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(jī)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(jī)的矢量控制原理，在分析永磁同步電機(jī)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(gè)功能獨(dú)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(jī)本體模塊。 (5)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，仿真出電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波形進(jìn)行對(duì)比，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所搭建永磁同步電機(jī)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(jī)控制器的設(shè)計(jì)及仿真方面做了一點(diǎn)工作，但是由于永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊性和控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，以及作者時(shí)間和能力有限，論文中還存在一些問(wèn)題有待進(jìn)一步思考和研究： 我們 在建立 永磁同步 電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型時(shí) ， 為了便于列 出其基本方程式 ，通常都 忽略電機(jī)的鐵耗、變量復(fù)雜多變、強(qiáng)耦合、非線性等問(wèn)題 。 但是 在實(shí)際電機(jī)中 ，這些都是 是真實(shí)存在的 ，而且 它會(huì)對(duì)電機(jī)的各種性能 產(chǎn)生重要的影響 。例如對(duì)采用高硅鋼片作鐵心材料的大型電機(jī)來(lái)說(shuō) ,鐵耗 占銅耗的一部分， 而對(duì)于采用較厚的普通硅鋼片電機(jī)來(lái)說(shuō) ， 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(shí)變以及負(fù)載擾動(dòng)等不確定性因素的影響。這些方面的忽略對(duì)控制精度要求極高的系統(tǒng)如伺服系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，對(duì)更好的控制方法進(jìn)行控制來(lái)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(jī)控制系統(tǒng)的研究會(huì)跟多的關(guān)注這些被忽略的 鐵耗、變量復(fù)雜多變、強(qiáng)耦合、非線性等問(wèn)題。只有這樣，才能把電機(jī)控制推向一個(gè)嶄新的高度。