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永磁同步电机矢量控制永磁同步电机矢量控制徐荣健 闵婕 池晓宝12023/1/22永磁同步电机矢量控制永磁同步电机矢量控制课题研究背景和意义永磁同步电机工作原理及其控制方法永磁同步电机矢量控制原理 MATLAB的仿真分析22023/1/22课题研究背景和意义永磁同步电机矢量控制系统是一种高性能的交流调速系统。由于永磁同步电机结构简单、体积小、重量轻、效率高、过载能力大、转动惯量小以及转矩脉动小等优点，并且利用矢量控制思想，永磁同步电机可以使得输出转矩随定子电流线性变化，永磁同步电机矢量控制系统可以达到优越的控制性能。32023/1/22课题研究背景和意义微电子技术的发展促进了数字技术在调速系统中的应用，配合高效软件可提供较好的灵活性和控制性能。电机控制系统的数字化进程是实现现代调速系统发展的方向之一。相比于模拟控制，数字控制更易于实现先进控制策略，同时数字控制系统的硬件成本低、结构简单且高效节能。back42023/1/22工作原理及其控制方法工作原理永磁同步电机与传统电励磁同步电机是一样的，其唯一区别为传统的电励磁同步电机是通过在励磁绕组中通入电流来产生磁场的，而永磁同步电机是通过磁体来建立磁场的，并由此引起两者分析方法存在差异。52023/1/22工作原理及其控制方法三种坐标系（1）三相静止坐标系（abc坐标系），a轴、b轴、c轴所在的位置是定子三相绕组轴心所在的位置，相位在空间上互差120电角度；（2）两相静止坐标系（坐标系），其中，轴重合于a轴，轴逆时针旋转超前于轴90电角度；（3）两相旋转坐标系（dq坐标系），d轴位于N转子极所在位置，并随着转子同步旋转，q轴逆时针超前d轴90电角度。62023/1/22工作原理及其控制方法PMSMPMSM的空间矢量图的空间矢量图72023/1/22工作原理及其控制方法三相静止坐标系下的数学模型电压方程：磁链方程：82023/1/22工作原理及其控制方法两相静止坐标系下的数学模型三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换矩阵（即Clark变换）Clark变换矩阵 Clark反变换矩阵92023/1/22工作原理及其控制方法经Clark变换后可得102023/1/22工作原理及其控制方法两相旋转坐标系下的数学模型两相静止坐标系到两相旋转坐标系的坐标变换（Park即变换）Park变换矩阵 Park反变换矩阵112023/1/22工作原理及其控制方法经Park变换后可得电压方程：磁链方程：122023/1/22工作原理及其控制方法转矩方程：状态方程：132023/1/22工作原理及其控制方法几种磁场定向控制方式（1）控制（2）最大转矩电流比控制（输出某一转矩为目标，最优配置轴电流）（3）控制（功率因数高，能充分利用变频器容量）（4）恒磁链控制（合理控制电机的定子电流，使电机气隙磁链和转子永磁磁链相等）（5）弱磁控制（电机在额定转速以上运行时的场合）back142023/1/22矢量控制原理矢量控制系统的基本思想：在普通的三相交流电动机上设法模拟直流电机转矩控制的方法，在转子磁链定向的坐系上，将电机定子电流矢量分解成产生主磁场的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量且励磁电流的方向定位于永磁磁链上，并使得两个分量相互垂直，彼此独立，然后分别进行控制。152023/1/22矢量控制原理借助于坐标变换，将各变量从三相静止坐标系变换到跟随转子同步旋转的两相旋转坐标系上。然后站在同步旋转坐标系上观察，电机的各个空间矢量都变成了静止矢量，在同步旋转坐标系上原来的交流量也就变成了直流量。通过对这些直流量的控制就能使交流电机达到直流电机的控制性能。162023/1/22 对于SPMSM而言，则式 简化为 ，采用的控制方法可以使得定子电流全部用于产生转矩，在要求产生转矩一定的情况下，需要的定子电流最小，即为最大转矩电流比控制，可以大大降低铜耗，提高效率，这也是通常采用的原因所在。172023/1/22矢量控制原理特点：（1）控制算法简单，工程上易于数字实现；（2）转子磁链与定子电流转矩分量解单，相互独立；（3）定子电流励磁分量为0，使得永磁同步电机的数学模型进一步简化；（4）对于SPMSM，的控制即为最大转矩电流比控制；（5）对于IPMSM，的控制不能充分利用磁阻转矩；（6）随着负载增加，定子电流增加，定子电压矢量与定子电流矢量的夹角增大，造成同步电机功率因数降低。182023/1/22矢量控制原理永磁同步电机矢量控制过程：加减速之后的频率（目标值 ）与检测到的电机实际频率（反馈值 ）的差值经速度调节器（Automation Speed Regulator简称ASR）得到转矩电流的给定值（）。转矩电流的给定值与检测到的电机实际的转矩电流的差值经电流调节器（Automation Current Regulator简称ACR）得到需向电机施加的q轴电压值 ；的期望值0与检测到的电机的实际d轴电流（）的差值经过电流调节器（Automation Current Regulator简称ACR）得到需向电机施加的d轴电压值 。、经2r/2s坐标变换得到 、，再经过SVPWM计算，得到个的控制信号，最终向电机施加合适的三相电压。back192023/1/22矢量控制原理 控制方法的实现202023/1/22MATLAB的仿真分析模型212023/1/22MATLAB的仿真分析电流波形222023/1/22MATLAB的仿真分析转速波形232023/1/22MATLAB的仿真分析转矩波形242023/1/22252023/1/22