【正文】 ke 變換 )和將兩相靜止直角坐標(biāo)系向兩相旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)系的變換 (Park變換 )。 3)轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系 (d— q 坐標(biāo)系 ) 轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系 d 軸位于轉(zhuǎn)子磁鏈軸線上， q 軸逆時(shí)針超前 d 軸 90 度空間電角度，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。對(duì)于空間的任意一矢 7 量，數(shù)學(xué)描述時(shí)習(xí)慣采用兩相直角坐標(biāo)系來描述，所以定義一個(gè)兩相靜止坐標(biāo)系，即 α — β 坐標(biāo)系，它的 軸 α 和三相定子坐標(biāo)系的 A 軸重合， β 軸逆時(shí)針超前 α 軸 90 度空間電角度?？臻g任意一矢量在三個(gè)坐標(biāo)上的投影代表了該矢量在三個(gè)繞組上的分量。由于兩相繞組的正交性 ,變量之間的耦合大大減小。 【 12】 永磁同步電機(jī)矢量控制的基本思想是把交流電機(jī)當(dāng)成直流電機(jī)來控制 ,即模擬直流電機(jī)的控制特點(diǎn)進(jìn)行永磁同步電機(jī)的控制。 【 7】【 10】 電機(jī) 控制中用到的坐標(biāo)系 交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型具有高階次，多變量耦合，非線性等 特征，難以直接應(yīng)用于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制，與直流電機(jī)單變量，自然解耦和線性的數(shù)學(xué)模型相比 較 ，交流電機(jī)顯得異常復(fù)雜。 永磁同步電動(dòng)機(jī)中沒有包含有高次諧波，渦流和磁滯損耗減少，電機(jī)效率 6 增加。為了減少電動(dòng)機(jī)的雜散損耗，定子繞組通常采用星形接法。轉(zhuǎn)子鐵心可以做成實(shí)心的，也可以用疊片疊壓而成。定子和普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)基本相同，也是采用疊片結(jié)構(gòu)以減小電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的鐵耗。 5 第二章 永磁 同步電機(jī)的矢量控制原理 永磁同步電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和種 類 1)永磁同步電機(jī)的 內(nèi)部 結(jié)構(gòu) 永磁同步電動(dòng)機(jī)由定子，轉(zhuǎn)子和 外殼 等部件組成。 3． SVPWM 的產(chǎn)生是實(shí)現(xiàn)矢量控制的關(guān)鍵，詳細(xì)分析了 SVPWM 的原理以及實(shí)現(xiàn)方法。 1．詳細(xì)分析了永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，通過對(duì)數(shù)學(xué)模型的分析，明確 4 了永磁同步 電機(jī)的電磁約束關(guān)系，為分析永磁同步電機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和研究高性能的控制決策提供理論基礎(chǔ)。由于全球電能 的 80％以上通過電力變換裝置來消耗，作為廣泛使用的電力變換裝置的變頻器，將朝著節(jié)約能源，降低對(duì)電網(wǎng)的污染和對(duì)環(huán)境的輻射干擾，延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命的綠色化方向發(fā)展?；诔Ｒ?guī)控制理論設(shè)計(jì)的電機(jī)控制系統(tǒng)存在缺陷和不足：傳統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)通常需要被控對(duì)象有非常精確的數(shù)學(xué)模型，而永磁電機(jī)是一個(gè)非線性多變量系統(tǒng)，難以精確的確定其數(shù)學(xué)模型，按照近似模型得到的最優(yōu)控制在實(shí)際上往往不能保證最優(yōu)，受建模動(dòng)態(tài)，非線性及其他一些不可預(yù)見參數(shù)變化的影響，有時(shí)甚至?xí)鹂刂破焚|(zhì)嚴(yán)重下降，魯棒性得不到保證。 【 12】【】 16我國(guó)制作永磁電機(jī)永磁材料的稀土資源豐富， 1984 年 7 月，我國(guó)成為世界上第三個(gè)能研制和生產(chǎn)第三代稀土釹鐵硼永磁材料的國(guó)家，稀土資占全世界的 80％以上，發(fā)展永磁電機(jī)具有廣闊的前景。因?yàn)橛来磐诫姍C(jī)相對(duì)其他形式 的電機(jī)有著顯著的優(yōu)勢(shì)如： A)永磁同步電機(jī)在基速以下不需要?jiǎng)?lì)磁電流，在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)沒有轉(zhuǎn)子電阻損耗，可以顯著提高功率因數(shù) (可達(dá)到 l 甚至容性 )； B)永磁同步電動(dòng)機(jī)不設(shè)電刷和滑環(huán)，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，可靠性高； c)永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)多樣，結(jié)構(gòu)靈活，而且不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)往往帶來自身性能上的特點(diǎn)，因 3 而永磁同步電動(dòng)機(jī)可根據(jù)使用需要選擇不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式。 永磁交流伺服控制系統(tǒng) 的發(fā)展趨勢(shì)。這樣交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制，從原理和特性上就和直流電動(dòng)機(jī)相似了。而且由于它對(duì)實(shí)時(shí)性要求高、計(jì)算量大，對(duì)控制系統(tǒng)微處理器的性能要求也較高。該方法是在定子坐標(biāo)系下分析交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模 2 型，強(qiáng)調(diào)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制，對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行砰一砰控制，無(wú)需解耦，省掉了矢量旋轉(zhuǎn)變換計(jì)算。矢量控制方法在實(shí)現(xiàn)過 程中需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換，而且對(duì)電機(jī)的參數(shù)依賴性較大 。 1971 年，由 F． Blaschke 提出的矢量控制理論第一次使 交流電機(jī)控制理論獲得了質(zhì)的飛躍。因此如何使交流電機(jī)的靜態(tài)控制性能與直流系統(tǒng)相媲美，一直是 交流電機(jī)的研究方向。 【 9】 20 世紀(jì) 80 年代以前，在變速傳動(dòng)領(lǐng)域，直流調(diào)速一直占據(jù) 主導(dǎo)電位 。交流電動(dòng)機(jī)又分為同步電動(dòng)機(jī)和感應(yīng) (異步 )電動(dòng)機(jī)兩大類 。 電 動(dòng) 機(jī)是生產(chǎn)和生活中最常見的設(shè)備之一 ，電動(dòng)機(jī)一般 分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大類。 PID control。 所有這些工作闡明了永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的原理、方法和性能，對(duì)今后研究永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)和提高系 統(tǒng)的性能具有參考意義。因此本文采用的是 PID 控制，并應(yīng)用電壓矢量控制 SVPWM 控制實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，使其擁有直流電機(jī)的性能。 參考文獻(xiàn) : ......................................................... 34 III 摘 要 本文研究的是通過電壓空間矢量控制 永磁同步電機(jī)系 統(tǒng)，在 PID 控制策略下改善永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩性能 ,用 MATLAB／ SIMULINK 建立了永磁同步電機(jī)電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)矢量控制仿真模型。目 錄 摘 要 .......................................................... III ABSTRACT .......................................................... IV 第一章 緒論 ....................................................... 1 課題研究的背景 ................................................ 1 永磁交流伺服系統(tǒng)控制理論的發(fā)展 ................................ 1 永磁交流伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。 ............................. 2 論文研究的主要內(nèi)容 ........................................... 3 第二章 永磁同步電機(jī)的矢量控制原理 .................................. 5 永磁同步電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和種類 .................................. 5 電機(jī)控制中用到的坐標(biāo)系 ........................................ 6 系統(tǒng)中的坐標(biāo)系 ............................................ 6 由三項(xiàng)平面坐標(biāo)系向兩相平面坐標(biāo)系（ Clarke 變換） ............ 7 兩相靜止直角坐標(biāo)系向兩相旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)系變換（ Park 變換） .... 9 永磁同步電機(jī) d— q 軸數(shù)學(xué)模型 .............................. 10 轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制理論 ..................................... 11 同步電機(jī)的矢量控制 ........................................... 13 第三章 PMSM 控制系統(tǒng)的 MATLAB 仿真 .................................. 16 MATLAB 動(dòng)態(tài)仿真工具 SLMULINK 簡(jiǎn)介 ............................. 16 II 永磁同步電機(jī)仿真模型的建立 ................................... 17 逆變器 ................................................... 17 空間矢量 PWM 發(fā)生模塊的建立 ............................... 22 判斷電壓矢量所屬的扇區(qū) 及仿真實(shí)現(xiàn) ......................... 22 計(jì)算 X,Y,Z， T1 和 T2，以及其仿真實(shí)現(xiàn) ....................... 23 計(jì)算開關(guān)作用時(shí)間 ......................................... 25 生成 PWM 波形 ............................................. 25 基于 SVPWM 的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型 ............... 26 ：雙閉環(huán)仿真系統(tǒng)的建立和控制器參數(shù)調(diào)整 ........................ 27 雙閉環(huán)仿真系統(tǒng)的建立 ..................................... 27 仿真結(jié)果 ................................................. 29 第四章 結(jié)束語(yǔ) ..................................................... 32 工作總結(jié)及評(píng)價(jià) ................................................... 32 致 謝 ......