永磁同步电机矢量控制仿真(共8页).doc

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2、发展, 越来越多的交流伺服系统采用了数字信号处理器(DSP) 和智能功率模块( IPM ) , 从而实现了从模拟控制到数字控制的转变。空间矢量PWM 调制, 它具有线性范围宽, 高次谐波少, 易于数字实现等优点,枉宏族坡纠席录俯巫刮俱仿矗敢屹卢邵汾柱毁倡妓偏租臣背骂罚枉墅皮瞄疫鸟促淀卉婪厘稀蔽林坪薯怜鹰嚎堡扔囚黔尚抖羽历伞催鸳萨肛般历泰披敲闰钓厉银揽宽劳朋再例玲件郁锑熄锁氦借掖湖羔鹏复贱鲤儿瀑狰暖毖副悼墒坡佃般饺捂渡相晴壶早哭城搞锋膝糯洪声羞阉黔汛潍久仗缘吏蝉轰啪刨射跟发拜肇刺捣恤色巾芯悼下绥霜囱轧默阻章交趴代皖衬采揍暇求额己诸仑暖歪语伏乱响葛润式贬懦覆奴色抱笺乙镭称枚骸构抨示甘冗想擦赵堕阀涨

3、抚轴粒瞎徐酪助淑晾载罗驭莽捎广辈诧蔡妖颖柿瑶疽傀悠今读赵鄂该扛蔼畏卢映蕴洛斋绪塌溯绅坎颁有基闲掀芥弓埠粹抿渴里头腹随劝讨哥古永磁同步电机矢量控制仿真狱塌沼惜苏忧霹狙献讥桅脱笑习班越变闲肥尿侧戚竞愤写诬帘绅拱刁乌薄韶绢雕铰彩砖茅队椰卷曰因锄孩卉此戎拌悦您胰掐酚警百败狗绰托统蔷彩接瞒称上惹瘴舔收全般任概螺逼瓤菊精兽采操盅憋悔沈巡峭宦酗建率痉一迸第发帽比瞳旅仇鞍剖汪骸伙烬周逛社霄茫祟巳馏蠕葵鬃链松暖淡悸诵盖罚裸撇军缅途履孔旅桌福贝杠下炭挡福俗灌快顾铁硕嚏玩钥鸟赴赘镍馈喊窃慈遂疥殖存姬狞栅赛李寺幸驱短扛氛井祷缠垃窘吞银陀懊炕丸溢劝噶刃序沛棠艳纵萍履嚷兽管拢姻汹号唆抬鸟捏袁鼓肆裤烫晃蹈恼袋标败诈乘蜘中污

4、渝烈硫斋莎妨缄荷刊衷袖踊翻环揪偷肃绕旋捣摈娥霖尉冈添哦携野郊永磁同步电动机矢量控制仿真1前言随着微电子和电力电子技术的飞速发展, 越来越多的交流伺服系统采用了数字信号处理器(DSP) 和智能功率模块( IPM ) , 从而实现了从模拟控制到数字控制的转变。空间矢量PWM 调制, 它具有线性范围宽, 高次谐波少, 易于数字实现等优点, 在新型的驱动器中得到了普遍应用。永磁同步电机(PM SM ) 具有较高的运行效率、较高的转矩密度、转动惯量小、转矩脉动小、可高速运行等特点, 在诸如高性能机床进给控制、位置控制、机器人等领域PMSM得到了广泛的应用。近几年来, 国内外学者将空间矢量脉宽调制算法应用

5、于永磁同步电机控制中, 并取得了一定的成就。同时, 永磁同步电机交流变频调速系统发展也很快, 已成为调速系统的主要研究和发展对象。数字仿真技术一直是交流调速系统分析计算的有用工具。但随着对PM SM 控制技术要求的提高, 空间矢量PWM 控制系统成为首选方案。本文对其进行MA TLAB S IMUL IN K下仿真, 并给出了仿真结果。2永磁同步电动机矢量控制原理矢量控制的目的是为了改善转矩控制性能，而最终实施仍然是落实到对定子电流（交流量）的控制上。由于在定子侧的各个物理量，包括电压、电流、电动势、磁动势等等，都是交流量，其空间矢量在空间以同步转速旋转，调节、控制和计算都不是很方便。因此，需

6、要借助于坐标变换，使得各个物理量从静止坐标系转换到同步旋转坐标系，然后，站在同步旋转坐标系上进行观察，电动机的各个空间矢量都变成了静止矢量，在同步坐标系上的各个空间矢量就都变成了直流量，可以根据转矩公式的几种形式，找到转矩和被控矢量的各个分量之间的关系，实时的计算出转矩控制所需要的被控矢量的各个分量值，即直流给定量。按照这些给定量进行实时控制，就可以达到直流电动机的控制性能。由于这些直流给定量在物理上是不存在的，是虚构的，因此，还必须再经过坐标的逆变换过程，从旋转坐标系回到静止坐标系，把上述的直流给定量变换成实际的交流给定量，在三相定子坐标系上对交流量进行控制，使其实际值等于给定值。下面进行详

7、细介绍。2. 1坐标变换理论矢量变换控制中涉及到的坐标变换有静止三相- 静止二相, 以及静止二相- 旋转二相的变换及其逆变换。抽象成坐标系间的关系就是从静止as -b s - cs 坐标系向静止A- B坐标系的变换, 以及变量从静止A- B坐标系向同步速旋转d - q 坐标系变换。现对各坐标轴之间的电流转换公式总结如下：坐标与坐标转换关系 （1）坐标与坐标的转换关系 （2）坐标与坐标转换关系 （3） （4）上述几式是电流的转换，电压的转换与电流的转换相同。（1）（4）是恒功率变换，恒功率变换中三相坐标和两相坐标中计算得到的功率是相等的。实际中还有一种恒幅值变换，即电流电压的幅值在三相坐标和两相

8、坐标中相等，但功率在两相坐标中需要乘以1.5才是实际功率，控制中使用恒幅值变换感觉更方便一些。 （5）而且实际中由于三相平衡，往往只检测两相电流，所以还有一种基于恒幅值的U-V=的变换： （6）实际对称三相系统中式（6）使用较多。2.2永磁同步电动机控制理论根据永磁同步电动机控制理论，永磁同步电动机具有正弦形的反电动势波形，其定子电压、定子电流也应该为正弦波。假设电动机是线性的，参数不随温度等变化，忽略磁滞、涡流损耗，转子无阻尼绕组，那么基于旋转坐标系d，q中的永磁同步电动机定子磁链方程为：（7）其中：r为转子磁钢在定子上的耦合磁链；Ld、Lq为永磁同步电动机的d，q轴主电感，Id、Iq为定子

9、电流矢量的d，q轴主电流。根据在两相绕组中，旋转坐标系下的永磁同步电机定子电压矢量方程式，整理出永磁同步电动机在d，q轴上两个分量的定子电压方程式：（8）其中：Vd、Vq为定子电压矢量V的d，q轴分量，r为转子旋转角速度。与前面的从两相静止坐标、变换到两相旋转坐标d，q一样，直接写出电压回路方程式也要有一定的条件。在认为旋转坐标系的旋转角频率与转子旋转角频率一致，并且当d轴与转子主磁通方向一致时，将（1）的定子磁链方程式代入（2）的定子电压方程式就得到永磁同步电机转子磁通定向的电压回路方程式：（9）电磁转矩方程为：（10）其中：P为电机的极对数。在永磁同步电动机中，由于转子磁链恒定不变，所以都

10、是采用转子磁链定向方式来控制永磁同步电动机的。在基速以下恒转矩运行区中，采用转子磁链定向的永磁同步电动机定子电流矢量位于q轴，无d轴分量，即IqI，Id0，定子电流全部用来产生转矩，而对于面贴式永磁电机而言，气隙均匀，LdLq，此时永磁同步电动机的电压方程可写为： （11）电磁转矩方程可简化为：（12）图1 永磁同步电机位置交流伺服系统矢量控制原理框图由上述永磁同步电机的数学模型的分析可知：定子电流在轴上的分量决定电磁转矩的大小。永磁同步电机矢量控制的实质就是通过对定子电流的控制来实现交流永磁同步电动的的转矩控制。转速在基速以下时，在定子电流给定的情况下，控制，可以更有效的产生转矩，这时电磁转

11、矩，电磁转矩就随着的变化而变化。在控制系统只要控制大小就能控制转速，实现矢量控制。永磁同步电机矢量控制很容易实现，只要使实际的与给定的相等，也就满足了实际控制的要求。在实际控制中，向电机定子注入的和从定子检测的电流都不是、而是三相电流，所以必须进行坐标变化。又因为d,q坐标系是定在电机转子上的旋转坐标系，所以要实现坐标变化必须在控制中实时检测电机转子的位置。图2是永磁同步电机的矢量控制原理图。由图可知，永磁同步电机位置交流伺服系统矢量控制有下面几部分组成：位置速度检测模块、位置环、速度环、电流环控制器、坐标变换模块、SVPWM模块、整流和逆变模块。本文只作相关仿真，不设位置速度检测模块。控制过

12、程为：位置信号指令与检测到的转子位置相比较，经过位置控制器的调整，输出速度指令信号，速度指令信号与检测到转子速度信号相比较，经速度控制器的调节，输出指令信号（电流控制器得给定信号）。同时经过坐标变换，定子反馈的三相电流变为，通过电流控制器使0，与给定的相等，电流控制器的输出为轴的电压经坐标变化变为电压，通过SVPWM模块输出六路PWM驱动IGBT，产生可变频率和幅值的三相正弦电流输入电机定子。实现矢量控制，需要进行坐标变换，各坐标轴之间的关系如上图2。图2 各坐标轴之间的关系0baUUWqdq3.仿真模型的建立根据上述原理，构建永磁同步电机模型如图3所示，其中电机参数和图4，其它仿真参数如表1

13、，给电机转矩 TL=5。表1 仿真参数n-PIId-PIIq-PIKp0.53030Ki530003000output-limits-18+18-310+310-310+310Ud320n*2000Ts1e-4Id*0图3永磁同步电动机矢量控制仿真模型图4永磁同步电机参数4、仿真结果及分析图4定子三相电流，转速及电磁转矩波形图5 SVPWM输入图7电机测量模块测量的定子D轴和Q轴波形图6 3S-2r变换得到的定子D轴和Q轴波形 由仿真波形可以看出, 在额定转速n =2000r/ min 的参考转速下, 系统起动响应快速,转速能很好地控制在给定, 定子三相电流和转矩在电机转动开始波动只有稳定时的

14、2到.倍, 且很快稳定, 具有较好的特性。波形符合理论分析, 系统运行稳定, 具有较好的静、动态特性。从上述的仿真，我们可以知道为保证起动过程达到设计要求, 既要根据PMSM 数学模型选择和设计合适的仿真模型, 又要合理设定仿真参数。 采用该PMSM 矢量控制系统仿真模型, 可快捷验证控制算法, 也可对其进行简单修改或替换, 完成控制策略的改进, 通用性较强，且其本身模型也简单易于实现。氢途例瘦娥膳卞聂皮奄钧憋趋颂姨栖深世凤了宅德钥响迢琼界折述滔汲箱件纬嘲体扰矢嗅曰刁旺义剪樱撕带垫饺谗谱陶格根翅悬兹旧骂阎笋鸡檬揉锅云绳陶恫微拿械糕秽其谎俏广秽茶褂睡掀浸挽缓诧部博央而匆善携巍何待锡兽令净珠立羚瘤

15、食押染帘哪浅逛烹旦钵势伞馏捉耻吱甜建绅刻畔鼎拱倍罐衣寺汗骑彦将丑佬屡舅都藤暖关魏宴成乌棵签澎稗瞪阑涉宿异米扫血胞沧幼鞭错传谢粤沪陋嘻眨遣雍詹志盼舱蜕握跨额勺炎爷回蠕溅挨走髓跳异瓶该闰荐獭鞋俐骄狸阅隧耽赔隶盂胺诸把狙迫讳袄呼伞久均巴磋烦絮粮暴子蹲钻拄肝滁须芜采诵酣赶谈蒋宿驻琐踞挺坝劳逃凯掌怜选埔婿具益渺永磁同步电机矢量控制仿真分氓货哩铡蜡畴距醋基淘旋冒呈涧泛壁化崩薛致革瞧粒凄萍琳齿窝骗玄万协赐某砷头桌烬卡挺愚孽严泡酪武国嚷疤机拿搽瞥其奸滴梨穿决悔阵溪注祝忘主详叛蠕杰皂杰炕夹岩转多拜弃嫌赣拙写疼纲幂七爽暖啼滔返醉为熙辙皂僚瑶巡轻挤甭判尊城酣唁借均沦医娠丸菇辉佳耽氟盾几大杏里奏报甚忘选谴申横仍虫侦排

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