【正文】 Rsidψqωr、 Uq=Pψq+Rsiqψdωr ψd=Ldid+ψr ψq=Lqiq T=Pn（ iqψdidψq） 式中 ψd、 ψq為定子磁鏈的 d、 q 軸分量 。 轉(zhuǎn)矩方程： T=Pn（ iβψαiαψβ） ψα 、 ψβ 為 αβ 坐標(biāo)系中的定子磁鏈， T 為電磁轉(zhuǎn)矩 ， Pn 為磁極數(shù) 。 αβ 坐標(biāo)系 下 永磁同步電機的狀態(tài)方程。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 Clark 變換，指的是 在磁場等效 的原則下，用兩相匝數(shù)相同、結(jié)構(gòu)相同、并且 相互正交的繞組去代替 原本的 定 子 a、 b、 c 三相對稱繞組 。 分析和求解 此類方程是非常不 便 的 。 從上述式子中 可以看出 ，在三相靜止坐標(biāo)下，永磁同步電機各個物理量都與轉(zhuǎn)子的位置角有關(guān)。 三相 永磁同步電機在 定子 三相坐標(biāo)系（ abc 坐標(biāo)系 ） 下的電壓方程的矩陣形式如 下： a a abbcu 0 0u = 0 0u 0 0ssbc s cRip R iRi???? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 其中 ua、 ub、 uc 為定子三相電壓， ψa、 ψb、 ψc 為定子 a、 b、 c 各 相的磁鏈， ia、 ib、 ic、 為定子 a、 b、 c 各相電流 ， p 為微分算子 。不考慮邊緣效應(yīng)； （ 4） 不計齒槽效應(yīng)與高次諧波， 并且假設(shè) 定子電流產(chǎn)生的磁動勢是正弦分布的； 通過假設(shè)，我們可以得到理想的永磁同 步電機模型 ， 現(xiàn) 討論 不同坐標(biāo)系下永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型。因此，本文將采用0?di 的控制方法 對永磁同步電機進行控制。永磁同步電機便相當(dāng)于直流電動機而我們只需要控制 q軸的電流就可以控制同步電機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。這樣定子電流中便只有一個分量。 倘若 不改變 系統(tǒng) 的 參數(shù)，為了達到要求的轉(zhuǎn)矩，會有不同的 d， q坐標(biāo) 系上電流分量的組合，因此也會有不同的控制策略。如果 站在 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 的角度 來觀察定子側(cè)的各個物理量 ， 這些原本的空間矢量就 變成了靜止矢量，電流和電壓都 變 成了直流量， 通過轉(zhuǎn)矩和被控矢量的各個分量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，實時的計算出轉(zhuǎn)矩控制時各個 被控 矢量的分量值，然后按照這些分量值進行實時控制，就可使得交流調(diào)速擁有像直流調(diào)速一樣的性能 。由于在定子側(cè)的各個物理量， 如電壓、電流、電動勢、磁 鏈等，這 些物理量都是交流量，其空間矢量在空間以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，計算起來相當(dāng)?shù)膹?fù)雜 。 從矢量控制的原理可以看出，矢量控制的關(guān)鍵 是對電流矢量的幅值和空間位置 （ 即 頻率和相位 ）進行 控制。通過對電流矢量的分解，便能 對勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量 分別 進行調(diào)節(jié)。一個是產(chǎn)生磁通的勵磁電流分量，另一個是產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流分量。矢量控制的 基 本思想是對 三相交流電動機上 的電流矢量進行控制，使之能夠?qū)崿F(xiàn)像 直流電動機 一樣 的轉(zhuǎn)矩控制。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 永磁同步電機矢量控制原理 交流電動機的矢量控制理論是由 德國科學(xué)家 Blaschke和 Hasse在 1971年 提出來的。 根據(jù)公式 f=np/60 可知， 同步電機的轉(zhuǎn) 速 n 和極對數(shù) p 決定了同步電機的功率。 由于電樞繞組與勵磁磁場之間產(chǎn)生了相對的 切割運動， 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，電樞 繞組中便會產(chǎn)生大小和方向按周期性變化的 電 動勢。 三相對稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組，成為感應(yīng)電勢或者感應(yīng)電流的載體 ，稱為載流導(dǎo)體 。轉(zhuǎn)樞式同步電機的定子相當(dāng)于電樞。 氣隙 層 的狀態(tài)與 電機內(nèi)部磁場的分布 以及 電機的性能有 很大關(guān)系 。啟動同步電機， 通 入直流電流 ，電機的氣隙中 將會 形成極性相間的 磁場， 這種磁場 稱為勵磁磁場 ，即主磁場。同步電機的 定子又稱為電樞， 同樣的，定子鐵心和 定子 繞組 也被 稱為電樞鐵心和電樞繞組。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第二章 永磁同步電機 矢量控制原理與電機模型 永磁同步電機的工作原理 永磁同步電機結(jié)構(gòu) （ 1） 永磁同步電機的結(jié)構(gòu)和其他的一般電機一樣， 由固定的定子和可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成。 第五章 通過調(diào)節(jié)參數(shù) 觀察永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)的仿真波形，并借此分析矢量控制方法下系統(tǒng)的性能 。 第二章 具體介紹了矢量控制原理 ， 給出了永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型和 matlab環(huán)境下的仿真 模型 第三章介紹了 PID控制器以及 PID參數(shù)的調(diào)節(jié)方法 。全文共分為六章，現(xiàn)介紹各章的主要內(nèi)容。對永磁同步電機矢量控制方法進行研究是有意義的。開關(guān)磁阻電動機在許多領(lǐng)域應(yīng)用也取得了很多進展。無速度傳感器的交流異步電動機驅(qū)動系統(tǒng)和永磁電動機驅(qū)動系統(tǒng)也是將會成為開發(fā)熱點之一。矩陣式變換器，是一種適用于矩陣式變換器驅(qū)動異步電動機調(diào)速系統(tǒng)的組合控制策略，同時實現(xiàn)了矩陣式變換器的空間矢量調(diào)制和異步電動機的直接磁場定 向控制。非線性自抗饒控制器，能夠在異步電動機系統(tǒng)的動態(tài)方程中，用自抗饒控制器取代經(jīng)典 PID控制器進行控制。目前已有的研究成果有。實現(xiàn)該控制所需的魯棒性等各種方案被不斷的提出，該技術(shù)已經(jīng)在高性能交流驅(qū)動中占有越來越重要的地位。基于這一思路，研究人員開始對矢量控制技術(shù)進行深入的研究。到目前為止，伺服驅(qū)動中應(yīng)用最多的同步電機和異步電機，額定功率從 50W到 200KW，位置環(huán)和速度環(huán)的典型帶寬分別為 60Hz和 200Hz。近年來，半導(dǎo)體技術(shù)與數(shù)字控制技術(shù)飛快的發(fā)展，矢量控制的應(yīng)用已經(jīng)從曾經(jīng)的高科技領(lǐng)域拓展到更為通 用的場合。而當(dāng)時的矢量控制需要許多傳感器及放大器等原件，因此無法將矢量控制應(yīng)用在交流馬達驅(qū)動器中 。 當(dāng)時微處理器尚未商品化，但已經(jīng)出現(xiàn)泛用的交流馬達驅(qū)動器。 布倫瑞克工業(yè)大學(xué) 的維爾納 由上述三種永磁同步電機的控制策略可知，永磁同步電機的多種控制策略 有各自的優(yōu)缺點。直接轉(zhuǎn)矩控制與 矢量控制 是有很大區(qū)別的 ， 矢量控制是通過電流和磁鏈等物理量間接的控制轉(zhuǎn)矩，并且需要進行復(fù)雜的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換。直接轉(zhuǎn)矩控制的 中心思想是控制定子磁鏈。 矢量控制 算法的特點是：對 永磁同步 電機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的 分別進行控制， 采用信號采集的原理檢測定子電流， 并且 將定子電流矢量分解成 用 于生產(chǎn)磁場的勵磁電流和用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流兩部分 ， 從而 對 這兩個電流之間的相位和幅值進行控制，最終 達到控制定子電流的目的。從而 達到 控制的目的。 矢量控制 最早的矢量控制是在 上世紀(jì) 70年代，西門子工程師 F． Blaschke提出的 。 根據(jù) 變壓變頻控制 的工作原理可以看出，它 不需要 從電機端部引入任何反饋信號 。具體操作是 將速度給定信號輸入到 控制器中， 給定的速度信號 經(jīng)過 SVPWM模塊變?yōu)榱烽_關(guān)信號施加到逆變器上， 然后逆變器會產(chǎn)生一個交變的正弦電壓 ，該電壓會被施加到電機的三相定子繞組上。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 永磁同步 電機的基本控制 策略 在對永磁同步 電機進行了充分 研究 的情況下， 目前 交流電機 基本控制策略 大致分為 三種，分別是 變壓變頻控制 、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制 。 （ 4） 到了現(xiàn)代，永磁材料的性能得到了 更 進一步的提升和完善 ，特別是釹鐵硼永磁材料的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性 得到了極大的改善 ， 電力電子技術(shù)與新型電機理論也更加的完善 ，加上永磁電機研究和開發(fā)經(jīng)驗的逐步成熟，除了大力推廣和應(yīng)用已有研究成果外，稀土永磁電機的應(yīng)用和開發(fā) 也 進入 了 一個新階段，目前正 再 向大功率化、高功能化和微型化方向發(fā)展。 （ 3）上世紀(jì) 90年代， 永磁材料性能 更加的完善 ， 并且稀有永磁材料的價格也變得更低 ，稀土永磁電機的研究進入了一個新階段。 （ 2）上世紀(jì) 80年代，出現(xiàn) 了價格相對較低的釹鐵硼永磁材料 ， 因此， 永磁電機的研究 被 應(yīng)用到了工業(yè)與民用領(lǐng)域。 m、 轉(zhuǎn)矩有 相對于上述國家， 我國對永磁同步電機的研究起步 相對 較晚，但 是 發(fā)展 卻十分迅速。 1973年 國際范圍 能源危機 的出現(xiàn) ， 更加 刺激了高性能電機的發(fā)展。 美國，日本，德國 等國家研究永磁同步電機都比較早。 永磁同步電機的發(fā)展概況 永磁電機的發(fā)展和永磁材料的發(fā)展是 密不可分 的。因此電機結(jié)構(gòu)更為簡單， 制造成本更低，而電機的運行效率和可靠性得到 了提高。 永磁同步電機 的特點及其發(fā)展概況 永磁同步電機的特點 電機是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律，實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換與傳遞的一種電磁裝置。這些新器件均具有門極關(guān)斷能力，且工作頻率可以大大提高，使電力電子電路更加簡單，使電力電子裝置的體積、重量、效率、性能等各方面指標(biāo)不斷提高，它將使電力電 子技術(shù)發(fā)展到一個更新的階段。同時，場控電力電子器件也得到發(fā)展，如 功率場效應(yīng)晶體管 (power MOSFET)和功率 靜電感應(yīng)晶體管 (SIT)已達千伏級和數(shù)十至數(shù)百安級的電壓、電流等級，中小容量的工作頻率可達兆赫級。 隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，美國和 日本 于 1981～ 1982 年間相繼研制成光控晶閘管并用于直流輸電系 統(tǒng)。其二為微電子技術(shù)、光纖技術(shù)等滲透到電力電子器件中，開發(fā)出更多的新一代電力電子器件。 70 年 代末以來，兩個方面的發(fā)展對電力電子技術(shù)引起了巨大的沖擊。 vector control。得到的仿真結(jié)果為我們進一步的研究提供了依據(jù)。在分析數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上， 利用 Matlab/Simulink建立了永磁同步電機 控制系統(tǒng)的 仿真模型。 本文的 主要內(nèi)容 是對永磁同步電機的矢量控制方法進行研究。南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 南京工程學(xué)院 自動化學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目 ： 永磁同步 電機矢量控制方法的研究 專 業(yè)： 自動化 （數(shù)控） 班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起迄日期： ～ 設(shè)計地點： 實驗樓 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） Graduation Design (Thesis) By Xu Xiao chen Supervised by Prof. Li Ning Department of Automation Engineering Nanjing Institute of Technology June, 2022 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘要 近年來，隨著 新型電機理論，電機拖動技術(shù)以及 電力電子技術(shù) 的發(fā)展 ，永磁同步電機已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于 人們的日常生活和 工業(yè)生產(chǎn)中。 永磁同步電機具有體積小，裝配簡單，運行狀態(tài)穩(wěn)定等優(yōu)點 。 本文 分別給出了永磁同步電機在 不同坐標(biāo)系下的 數(shù)學(xué)模型 以及 它們 之間的轉(zhuǎn)換 公式。 本文對永磁同步電機矢量控制方法進行了分析，并且在 Matlab環(huán)境下，對永磁同步電機控制系統(tǒng) 進行了仿真，仿真結(jié)果證明永磁同步電機矢量控制方法是高效可行的。 關(guān)鍵詞 ： 永磁同步電機 ； 矢量控制 ； MATLAB 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） ABSTRACT In recent years, with the power electronics technology, the development of the theory of the new motor, permanent mag synchronous motor has been widely used in industrial production. He himself has a small, simple assembly and other advantages. The main content of this paper is to vector control for permanent mag synchronous motor research. Gives a mathematical model of permanent mag synchronous motor in different coordinate systems and a conversion formula betwe