永磁同步電機(jī)矢量控制地matlab仿真研究

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1、標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用永磁同步電機(jī)矢量控制的MATLAB仿真研究永磁同步電機(jī)/矢量控制/仿真/模型1?引言???永磁同步電機(jī)（PMSM）相對于其它形式的電機(jī)有著自身顯著的特點(diǎn)：在基速以下不需要勵(lì)磁電流，在穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)候沒有轉(zhuǎn)子電阻損耗，可以顯著的提高功率因數(shù)；不設(shè)有電刷和滑環(huán)，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可靠性高；并且相對于同功率因數(shù)下的其它電機(jī)來說，體積要小的多，近年來，隨著電力電子技術(shù)，微電子技術(shù)，稀土永磁材料的迅速發(fā)展，及永磁電機(jī)研究開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的成熟，使得永磁同步電機(jī)廣泛應(yīng)用于國防，工農(nóng)業(yè)和日常生活中[1]。???由于永磁同步電機(jī)是一個(gè)多變量，非線性，高耦合的系統(tǒng)，其輸出轉(zhuǎn)矩與定子電流不

2、成比例，而是復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系，因此要得到好的控制性能，必須對其進(jìn)行磁場解耦，而這些特點(diǎn)恰好適用于矢量變化控制技術(shù)，而且在永磁同步電機(jī)的矢量控制過程中沒有在感應(yīng)電機(jī)中的轉(zhuǎn)差頻率電流而且受轉(zhuǎn)子參數(shù)的影響較小，所以永磁同步電機(jī)上更容易實(shí)現(xiàn)矢量控制[2]，因此，對永磁同步電機(jī)的矢量控制模型的研究成為研究者廣泛關(guān)注的課題。本文在分析永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，借助MATLAB/SIMULINK的強(qiáng)大仿真建模能力，建立了PMSM的矢量控制系統(tǒng)的仿真模型，同時(shí)還詳細(xì)的介紹了矢量控制系統(tǒng)中的各控制單元模型的建立，并對其控制結(jié)果進(jìn)行分析。2?永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型圖1?PMSM的內(nèi)部電

3、磁結(jié)構(gòu)???文案大全標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用一臺PMSM的內(nèi)部電磁結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中各相繞組的軸線方向也作為各相繞組磁鏈的正方向，電流的正方向也標(biāo)在圖中，可以看出定子各相的正值電流產(chǎn)生各相的負(fù)值磁鏈，而定子繞組的電壓正方向?yàn)殡妱訖C(jī)慣例。在建立數(shù)學(xué)模型之前做如下的假設(shè)：忽略鐵心飽和；不計(jì)渦流和磁滯損耗；轉(zhuǎn)子上沒有阻尼繞組；永磁材料的電導(dǎo)率為0；相繞組中感應(yīng)電動勢波形是正弦波。根據(jù)以上的假設(shè)和一系列的推導(dǎo)可得到PMSM在d-q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型如下。???定子電壓方程：???????????????????(1)?????????????????????????(2)??????????

4、??定子磁連方程：?????????????????????????????(3)????????????????????????????????(4)?????將方程（3）和（4）代入到方程（1）和（2），得到如下方程：?????????????????????????????(5)???????(6)???將（5）-（6）合并得到如下方程：????????(7)???將（7）方程變化成適合在Matlab/simulink環(huán)境下能搭建模型的方程，即。?????(8)?????以上式子中：p-微分算子，RS-電驅(qū)繞組電阻，ωr-轉(zhuǎn)子角速度，Ψf-永磁體產(chǎn)生的磁鏈，是常數(shù)

5、，Ld，La是d，q線圈的自感。???電磁轉(zhuǎn)矩方程：??????(9)?????????電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械運(yùn)動方程為：?????????(10)???電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角度方程：???????????(11)????????而式子中的P為轉(zhuǎn)子極對數(shù)；Te為電磁轉(zhuǎn)矩；TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；J為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量；B為阻尼系數(shù)。文案大全標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用3?PMSM矢量控制MATLAB仿真模型的建立3.1PMSM矢量控制原理???矢量控制一般通過檢測或估計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁通的位置以及幅值來控制定子電流或電壓，這樣電機(jī)的轉(zhuǎn)矩只和磁通，電流有關(guān)，與直流電機(jī)類似，能夠達(dá)到很高的控制效果。對永磁同步電機(jī)來說，轉(zhuǎn)子磁通

6、位置與轉(zhuǎn)子機(jī)械位置相同，這樣通過檢測轉(zhuǎn)子實(shí)際位置就可以得知電機(jī)轉(zhuǎn)子磁通位置。因此PMSM矢量變化控制的實(shí)質(zhì)就是對定子電流空間矢量相位和幅值的控制。圖2?永磁同步電機(jī)的矢量圖???在磁場定向坐標(biāo)上，將電流矢量分解成兩個(gè)相互垂直，彼此獨(dú)立的矢量id(產(chǎn)生磁通勵(lì)磁分量)和iq（產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流分量），如圖2所示，從方程（9）可知，當(dāng)永磁體的勵(lì)磁磁鏈和交直軸電流確定以后，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩便只取決于定子電流矢量id和iq，只要控制id和iq就可以控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，一定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩對應(yīng)一定的id和iq，通過對這兩個(gè)電流的控制，使實(shí)際的id和iq跟蹤指令i*d和i*q，就可以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)

7、的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)用途不同，電機(jī)電流矢量控制方法也不同，永磁同步電機(jī)可采用的控制方法有：id=0控制；最大轉(zhuǎn)矩/電流控制；恒磁鏈控制；弱磁控制，最大輸出功率控制；不同的控制方法有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。本文所討論的是id=0的控制方案，當(dāng)id=0時(shí)，轉(zhuǎn)矩Te和iq呈線性關(guān)系，只要對iq進(jìn)行控制就能夠達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩的目的。3.2PMSM矢量控制模型的仿真模塊介紹??圖3是PMSM矢量控制系統(tǒng)中[4-7]在MATLAB6.5環(huán)境下的模型，采用的是轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)PI控制方案，主要包括以下模塊：坐標(biāo)變化模塊，電流PI控制模塊，速度PI控制模塊，SVPWM