【正文】 其中有幾種典型的方法，如改善空間電壓矢量開關(guān)表，用其他技術(shù)代替空間電壓矢量開關(guān)表和將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制與直接轉(zhuǎn)矩控制相結(jié)合。 但是從轉(zhuǎn)矩仿真波形看出，永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的低速性能不是很好，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)性不高。從仿真結(jié)果可以看出，永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制具有簡單、直觀、快捷等優(yōu)點。直接轉(zhuǎn)矩控制是在矢量控制策略后又一應(yīng)用廣泛的策略，它放棄了矢量控制中解耦的思想，沒有通過控制定子電流，定子磁鏈等變量去間接控制電機(jī)，而是通過直接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩來控制其轉(zhuǎn)速。 圖 永磁同步電機(jī)定子電流 圖 為定子電流仿真波形，由圖得定子電流在 后恢復(fù)正弦狀態(tài)。由此可見，轉(zhuǎn)矩到達(dá)穩(wěn)定需要 ,響應(yīng)比較迅速，但是在 前出現(xiàn)另一穩(wěn)態(tài)值，此階段電機(jī)的轉(zhuǎn)基于 Matlab/Simulink 的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 29 速比較低。 電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生振蕩。這表明同步永磁電機(jī)以最大轉(zhuǎn)矩啟動。可見永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制實現(xiàn)的速度比較快，而且控制精度比較高。 仿真結(jié)果分析 Simulink 仿真過程中，永磁同步電機(jī)的參數(shù)如下： 定 子電阻 3Ω , 定子電感 , 電機(jī)磁極數(shù) 2 圖 定子磁鏈圓 定子磁鏈圓，如圖 所示，定子磁鏈的運動軌跡非常接近圓形，說明在永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中，對定子磁鏈的控制效果比較令人滿意，定子磁鏈圓并沒有反生嚴(yán)重 畸變。 磁鏈位置判斷模塊 圖 磁鏈位置判斷模塊 基于 Matlab/Simulink 的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 27 此模塊的主要功能是判斷定子磁鏈位于哪一區(qū)域，作為開關(guān)表的輸入量。 基于 Matlab/Simulink 的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 26 定子磁鏈計算模塊 圖 定子磁鏈計算模塊 此模塊的主要功能是用電壓模型測定 法，通過雙積分計算求的得實際的定子磁鏈的 α軸的分量和 β軸的分量。 定子電流轉(zhuǎn)換模塊 圖 定子電流轉(zhuǎn)換模塊 此模塊的主要功能是把在 abc 坐 標(biāo)系下的定子電流轉(zhuǎn)換成 αβ坐標(biāo)系下的定子電流。下面主要介紹一下直接 轉(zhuǎn)矩控制模塊。糾錯功能出色，模型分析和診斷工具的引入，能查出模型中的錯誤，提示用戶，保證模型的一致性。 Simulink 主要有以下優(yōu)點：仿真工具箱的模塊庫種類繁多，并且可以支持?jǐn)U展和自定義編輯，使應(yīng)用范圍變得廣泛。它能提供用戶一個建模、仿真以及數(shù)據(jù)分析的環(huán)境。本文主要應(yīng)用到 MATLAB 的 Simulink 功能。根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極的位置信號、定子三相電流和電壓經(jīng)過三相，二相的坐標(biāo)變換的 ?i 、 ?i 、 ?U 、 ?U ， 求得 ?? 、 ??和 eT ，將電磁轉(zhuǎn)矩 eT 與轉(zhuǎn)矩給定 ?eT 、定子磁鏈 s? 與磁鏈給定 ?s? 分別在轉(zhuǎn)矩、磁鏈比較器中進(jìn)行比較，用它們的輸出值控制逆變器的開關(guān)狀態(tài)選擇。圖 中的虛線所示的圓的半徑即為設(shè)定的磁鏈幅值的大小，其相鄰兩圓的間距為磁鏈冗差。例如 :當(dāng)磁鏈?zhǔn)噶?s? 在 1? 且逆時針旋轉(zhuǎn)時，電壓矢量 2U 的應(yīng)用可以增大???????????????????????????????cbaDCCBASSSUUUU21112111231dtdIRU ssss ???dtIRU ssss )( ?? ??03432 |)(32 ?????????? tsssjcjbaDCs tIRteSeSSU ????基于 Matlab/Simulink 的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 23 磁鏈幅值，而電壓矢量 3U 的應(yīng)用則將減小磁鏈幅值。 )0 0 1(1u)011(2u)0 1 0(3u)1 1 0(4u)100(5u)1 0 1(6u 1 ?? 2 ??3 ?? 4 ?? 5 ?? 6 ??)000(0u)111(7u)(32),( 3432 ?? jcjbaDCcbaS eSeSSUSSSU ???基于 Matlab/Simulink 的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 22 另外，在不同的電壓矢量開關(guān)狀態(tài)下，由圖 A、 B、 C三相相電壓可以表示為： () 其中 AU 、 BU 、 CU 分別表示 A、 B、 C 三相相電壓。零電壓矢量則位于六邊形的中心。每兩個工作電壓空間矢量在空間的位置相隔 600， 6個工作電壓空間矢量的頂點構(gòu)成正六邊形的 6 個頂點。 MaS bS cS101 1 0 0DCU基于 Matlab/Simulink 的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 21 圖 空間電壓矢量圖 表 中的電壓狀態(tài)的各種表示法。 六個有效 電壓矢量為 1U (100)， 2U (110)， 3U (010)， 4U (011)， 5U (001)， 6U (101)，兩個零電壓矢量為 0U (000)和 7U (111)。當(dāng)某相開關(guān)信號 S為 1，表示該相的上橋臂接通，為 0則表示該相的下橋臂接通。 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)采用定子磁場定向，借助于離散的兩點式調(diào)節(jié)器產(chǎn)生開關(guān)信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行電壓空間是量的 最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。它以三相對稱正弦波電壓供電時交流電動機(jī)的理想圓形磁通軌跡為基準(zhǔn)，用逆變器 (原理圖見圖 )不同的開關(guān)模式產(chǎn)生的實際磁通去逼近基準(zhǔn)磁通圓，從而達(dá)到較高的控制性能。d???i?iqidis?)( ss iF1?q??????????????????? ???????? qdsrqd iiCiiii 22c oss i n c osc os ?? ?????????? ?? ?? ?? c oss in c osc os22 srC基于 Matlab/Simulink 的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 20 系，定子磁鏈的方向為 x 軸的正向， x 軸與 d 軸的夾角為轉(zhuǎn)矩角 ? ， rtC2/2 、 trC2/2 為 xy 坐標(biāo)系到 dq 坐標(biāo)系和 dq 坐標(biāo)系到 xy 坐標(biāo)系的變換陣，由圖 可知： ?????? ??? ?? ?? c oss in s inc os2/2 rtC () ??????? ?? ?? c oss in s inc os2/2 trC () 其中 ? 為 x 軸與 d 軸 的夾角，即轉(zhuǎn)矩角。 對式 （ ）兩邊都左乘以變換陣的逆矩陣，得 ???????????? ?????????????? ???????? ? ???? ?? ???? ?? iiiiii qd c oss i n s i nc osc oss i n s i nc os 1 () 則兩相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換陣是 : ???????? ?? ?? c oss in s inc os2/2 rsC () 電壓和磁鏈的旋轉(zhuǎn)變換陣也與電流（磁動勢）旋轉(zhuǎn)變換陣相同。但 ? 、 ? 軸是靜止的， ? 軸與 d 軸的夾角 ? 隨時間而變化，因此 si 在 ? 、 ? 軸上的分量 ?i 、 ?i 的長短也隨時間變化，相當(dāng)于 ? 、 ? 繞組交流磁動勢的瞬時值。由于個繞組匝 數(shù)都相等，可以消去磁動勢中的匝數(shù)，直接用電流表示。把兩個坐標(biāo)系畫在一起，如圖 34 所示。設(shè)磁動勢波形是 正弦分布的，當(dāng)三相總磁動勢與兩相總磁動勢相等時，則兩套繞組瞬時磁動勢在 α， β軸上的投影也相等，即 )(2 360s i n60s i n)2121(60c o s60c o s333233332CBCBCBACBAiiNiNiNiNiiiNiNiNiNiN???????????????? ???dq基于 Matlab/Simulink 的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 18 寫成矩陣形式得： （ ） 考慮變換前后總功率不便，在此前提下，可以證明，匝數(shù)比應(yīng)為 () 代入式（ ）得 () 令 2/3C 表示從三相坐標(biāo)系變換到兩相坐標(biāo)系的變換矩陣，則 () 如果三相繞組是 Y 型聯(lián)結(jié)不帶零 線，則有 0??? CBA iii ，代入式（ ）和式（ ）并整理后得 : () 按照所采用的條件，電流變換陣也就是電壓變換陣，同時還可證明，它們也是磁鏈的變換陣 [1]。 ?xydqsUsis?? 圖 定子坐標(biāo)系和轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系 三相定子坐標(biāo)系與兩相定子坐標(biāo)系變換 (3s2s) 圖 中繪出了 ABC 和 ?? 兩個坐標(biāo)系，為了方便起見， 取 A 軸與 α軸重合。 圖 定子靜止坐標(biāo)系與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 （ 4） 定子旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)系 (xy 坐標(biāo)系 ) xy 坐標(biāo)系為隨定子磁鏈旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系 (圖 )，定子磁鏈的方向為 x 軸的正方向， Y 軸超前 x 軸 ?90 。 圖 定子靜止坐標(biāo)系 （ 3） 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)系 (dq 坐標(biāo)系 ) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系固定在轉(zhuǎn)子上 (圖 )，其 d 軸 位于轉(zhuǎn)子軸線上， q 軸超前 d 軸 900，空 ABCαβ?1 2 0基于 Matlab/Simulink 的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 17 間坐標(biāo)以 d 軸與參考坐標(biāo) ? 軸之間的電角度 ? 確定。如果在 ?? 軸組成的兩相繞組內(nèi)通入兩相對稱正弦電流時也會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，其效果與兩相繞組產(chǎn)生的一樣。 圖 三相定子坐標(biāo)系 （ 2） 定子靜止直角坐標(biāo)系 (?? 坐標(biāo)系 ) 為了簡化分析，定義一個定子靜止直角坐標(biāo)系即 ?? 坐標(biāo)系 (圖 )，其 α軸與 A 軸重合，軸超前 β軸 90176。電角度，將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的強(qiáng)度不變的磁場，而這個旋轉(zhuǎn)的磁場是電機(jī)的實際驅(qū)動磁場，而像這樣在空間上互差 120176。 基于 Matlab/Simulink 的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 16 （ 1） 三相定子坐標(biāo)系 (ABC 坐標(biāo)系 ) 通常的定子三相繞組在空間位置上互差 120176。 電機(jī)矢量控制中的坐標(biāo)變換 矢量控制系統(tǒng)中的三種坐標(biāo)系 如前一節(jié)所述，在矢量控制系統(tǒng)算法中，電機(jī)的各個變量，均由空間矢量來描述，并通過建立的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，得到各物理量之間的實時關(guān)系，實現(xiàn)電機(jī)控制和調(diào)節(jié)，而這些變量一般是在不同的坐標(biāo)系被描述的，因此，有三種坐標(biāo)會在不同的場合中被用到，三種坐標(biāo)系之間會時常的進(jìn)行變換計算。按照這些給定量進(jìn)行實時控制，就可以達(dá)到直流電動機(jī)的控制性能。由于在定子側(cè)的各個物理量，包括電壓、電流、電動勢、磁動勢等等，都是交流量，其空間矢量在空間 以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)、控制和計算都不是很方便。因此矢量控制的關(guān)鍵仍是對電沐矢量的幅值和空間位置頻率和相位的控制。其基本思想是在普通的三相交流電動機(jī)上設(shè)法模擬直流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的規(guī)律，在磁場定向坐標(biāo)上，將電流矢量分解成為產(chǎn)生磁通的勵磁電流分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流分量，并使得兩個分量互相垂直，彼此獨立，然后分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。 以上的電壓方程、轉(zhuǎn)矩方程、運動方程構(gòu)成了 PMSM 的數(shù)學(xué)模型，這個數(shù)學(xué)模型就為永磁同步電機(jī)的矢量控制算法提供了有力的數(shù)學(xué)依據(jù)，為矢量控制系統(tǒng)的數(shù)字化實現(xiàn)提供了基礎(chǔ)。 f? 為勵磁磁鏈?zhǔn)噶俊? 通過變換因子 rje?? ，將 ABC 軸系電壓矢量方程 22，變換為以 dq 軸坐標(biāo)分量表示的電壓方程，可得 drqqsq piRu ??? ??? （ ） drddsd piRu ??? ??? （ ） 基于 Matlab/Simulink 的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 14 其中， p 為微分算子 d/dt。于是可以將 圖 進(jìn)一步表示為圖 的形式。為此，常采用雙軸理論來研究同步電機(jī)問題。 與感應(yīng)電機(jī)不同的是，三相永磁同步電機(jī)內(nèi)的氣隙不一定是均勻的。 f? 同轉(zhuǎn)子一道旋轉(zhuǎn)，在 ABC 坐標(biāo)中的 相位決定于電角度 r