永磁同步電機(jī)矢量控制策略仿真研究

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1、第36頁(yè)永磁同步電機(jī)矢量控制策略仿真研究摘要在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，電機(jī)及其控制系統(tǒng)占有著舉足輕重的地位。具有更高的運(yùn)行精度，更大的調(diào)速范圍，更短的調(diào)節(jié)時(shí)間的電機(jī)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是現(xiàn)代化工業(yè)控制領(lǐng)域的熱門研究方向。而永磁同步電機(jī)因其自身優(yōu)良的特性，逐漸成為了工業(yè)控制中電機(jī)伺服系統(tǒng)中的主流電機(jī)，因此研究能夠適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)控制要求的永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)有著越來(lái)越重要的意義。本文研究永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)。在深入學(xué)習(xí)永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型和矢量控制原理的基礎(chǔ)上，仿真方面分析了永磁同步電機(jī)矢量控制策略的實(shí)現(xiàn)，建立了一個(gè)電流、速度雙閉環(huán)的控制系統(tǒng)MATLAB仿真模型，通過(guò)仿真驗(yàn)證了此方案具有實(shí)際的可行性，并

2、取得了較好的仿真控制效果。關(guān)鍵詞:永磁同步電機(jī);矢量控制系統(tǒng);SVPWM;DSP第36頁(yè)錄1緒論11.1電氣伺服系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和動(dòng)向11.2交流電動(dòng)機(jī)分類與特點(diǎn)11.3永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介21.3.1本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3.2永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制方式31.3.3從轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)角度劃分正弦波永磁同步電機(jī)31.4本章小結(jié)32永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制方案設(shè)計(jì)42.1永磁同步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)介42.2永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型42.3永磁同步電動(dòng)機(jī)電流控制策略62.4id=0控制策略下伺服系統(tǒng)工作原理72.5本章小結(jié)83永磁同步電機(jī)矢量控制理論分析93.1矢量控制理論的提出93.2矢量控制中的坐標(biāo)變換

3、93.2.1三相定子坐標(biāo)系與兩相定子坐標(biāo)系之間的變換103.2.2垂直坐標(biāo)系與定向坐標(biāo)系之間的變換113.2.3空間矢量PWM的硬件工作原理133.2.4空間矢量PWM的邊界條件133.2.5空間矢量PWM波形133.2.6空間矢量PWM的實(shí)現(xiàn)143.3本章小結(jié)194永磁同步電機(jī)矢量控制的仿真研究204.1永磁同步電機(jī)矢量控制仿真204.2MATLAB仿真永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)204.2.1MATLAB軟件簡(jiǎn)介204.2.2MATLAB軟件窗口環(huán)境224.2.3MATLAB語(yǔ)言編程224.3永磁同步電機(jī)矢量控制仿真244.3.1永磁同步電機(jī)仿真模型的建立244.3.2空間矢量PWM（SV

4、PWM）發(fā)生模塊的建立244.3.3SPMSM矢量變換控制系統(tǒng)框圖284.3.4永磁同步電機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的控制過(guò)程284.4永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)閉環(huán)控制方法的選擇294.5閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真304.5.1電流PI控制模塊304.5.2速度PI調(diào)節(jié)模塊314.5.3坐標(biāo)變換模塊324.6仿真結(jié)果324.7本章小結(jié)335總結(jié)和展望34第36頁(yè)1緒論1.1電氣伺服系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和動(dòng)向自從上個(gè)世紀(jì)60年代，電氣伺服系統(tǒng)取代了大部分的電液伺服傳動(dòng)系統(tǒng)成為伺服系統(tǒng)的主要形式。按驅(qū)動(dòng)裝置的執(zhí)行電動(dòng)機(jī)類型來(lái)分,通常分為直流(DC)伺服系統(tǒng)和交流(AC)伺服系統(tǒng)。直流伺服系統(tǒng)發(fā)展早,70年代已經(jīng)實(shí)用化,在各

5、類機(jī)電一體化產(chǎn)品中大量使用各種結(jié)構(gòu)的DC伺服電動(dòng)機(jī)。直流伺服系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單,靈活實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn),調(diào)速范圍寬,穩(wěn)定性高,響應(yīng)速度快，無(wú)超調(diào),定位精度和跟蹤精度高。但是直流伺服系統(tǒng)也有難以克服的缺點(diǎn);直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的發(fā)熱大，影響與其相連接的絲杠精度;采用機(jī)械換向會(huì)產(chǎn)生電火花,直流伺服系統(tǒng)難以工作在易燃、易爆的工作場(chǎng)合;高速運(yùn)行和大容量設(shè)計(jì)受到機(jī)械換相器的限制;電刷和換向器易磨損,日常維護(hù)工作量大;結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難,成本高等。機(jī)械換向器的存在是造成以上問(wèn)題的主要原因。交流電機(jī)沒(méi)有機(jī)械換向器，克服了直流電機(jī)的缺點(diǎn)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后,功率電子器件和微電子技術(shù)水平得到迅速提高,基于先進(jìn)控制理論、電力

6、電子器件和微處理器的發(fā)展,交流伺服控制技術(shù)日趨成熟。交流伺服系統(tǒng)以其體積小,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小,耐高速,可頻繁起制動(dòng),過(guò)載能力強(qiáng),瞬時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩大,對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),運(yùn)行可靠性高，無(wú)需維護(hù)等特點(diǎn)而廣泛適用于CNC和工業(yè)機(jī)器人等工業(yè)領(lǐng)域。到了90年代,交流伺服系統(tǒng)己經(jīng)在許多場(chǎng)合取代了直流伺服系統(tǒng)，某些性能甚至超過(guò)了直流伺服系統(tǒng)，從而出現(xiàn)了取代直流伺服系統(tǒng)成為電氣伺服系統(tǒng)主體的趨勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)外交流伺服系統(tǒng)研究正向著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、綠色化的方向發(fā)展：高性能和全數(shù)字化伺服系統(tǒng)是當(dāng)代交流伺服系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)，這種系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在高精度數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、特種加工裝備和精細(xì)進(jìn)給系統(tǒng)中。由于微電子技術(shù)的發(fā)展,微處

7、理器的運(yùn)算速度不斷提高,功能不斷增強(qiáng)，特別在電機(jī)控制專用DSP芯片出現(xiàn)后，全數(shù)字伺服系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)電流控制、速度控制和位置控制全部數(shù)字化的同時(shí),極大的增強(qiáng)了伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)和使用的靈活性。伺服系統(tǒng)智能化一方面體現(xiàn)在系統(tǒng)具有很強(qiáng)的狀態(tài)自診斷、故障保護(hù)和信息顯示功能；另一方面,在控制策略上除常規(guī)PID控制外,開(kāi)始轉(zhuǎn)向應(yīng)用現(xiàn)代控制理論和智能控制,各種高性能的智能控制器可實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)參數(shù)自檢測(cè)和控制器參數(shù)在線自整