基于SVPWM的永磁同步电机矢量控制仿真研究
基于SVPWM永磁同步电机控制系统的建模与仿真
基于SVPWM永磁同步电机控制系统的建模与仿真张海啸 王淑红（太原理工大学电气与动力工程学院，太原 030024）摘要本文研究永磁同步电机(PMSM)矢量控制系统。
采用空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）算法，在Matlab/Simulink环境下,通过对坐标系转换、SVPWM逆变器、速度控制器等功能模块的建立与组合,构建了PMSM控制系统的速度和电流双闭环仿真模型。
仿真结果证明了该系统模型具有很好的静态、稳态性能。
关键词：永磁同步电机；空间矢量脉宽调制；仿真Modeling and Simulation of PMSM Control System Based on SVPWMZhang Haixiao Wang Shuhong(Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024)Abstract Vector control of PMSM was studied in the paper.A novel method for modeling and simulation of PMSM system in Matlab had been proposed. In Matlab/ Simulink , the independent functional blocks and such as vector controller block , hysteresis current controller block and speed controller,ect.,had been modeled. By the organic combination of these blocks , the double loop of control system model of PMSM could be easily established. The reasonability and validity had been testified by the simulation results.Key words：PMSM；SVPWM；modeling and simulation1引言永磁同步电机(PMSM)广泛应用于诸如高性能机床进给控制、位置控制、机器人等领域。
SVPWM的永磁同步电动机控制系统仿真与实验研究
0 引 言
随着 PM S M 应用领域的不断拓宽 , 对电机控 制系统的 要求 也越 来越 高 , 既 要考 虑成本 低廉 、 又需兼顾控制性能好 、开发周期短等特点
[1]
本文将不再细述 , 以下直接给出 PM S M 的数学模 型 、 SVPWM 整体控制方案和在 M atlab / Sim ulink 仿 真软件下针对 PM S M 实现 SVPWM 的方法 , 最后给 出仿真结果和试验波形 。
微电机
2008 年第 41 卷第 3 期
中图分类号 : T M341 T M351 文献标志码 : A 文章编号 : 1001 2 6848 ( 2008 ) 03 20048 204
基于 SVP WM 的永磁同步电动机控制 系统仿真与实验研究
张金利 , 景占荣 , 张玉瑞 , 白世东 , 贾歆莹
[5]
, 由于篇幅所限 ,
。
收稿日期 : ・4 8 ・
2007 204 2 04
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
基于 SVPWM 的永磁同步电动机控制系统仿真与实验研究 张金利 , 等
- 3
s级 , 针对此问题 , 笔者提出并设
计了“ 积分斜率法 ” 产生三角波脉冲 。其原理是首先 利用 Matlab中自带的方波脉冲产生器 Pulse Genera2
tor设定其脉冲周期为 10
-4
s, 幅度为 10
- 4
-4
, 脉冲宽
- 4 - 4
度为 50% , 将所产生的波形减去常数 015 × 10 , 目的是产生幅度为 + 015 × 10 和 - 015 × 10 交替 的 、周期为 10
基于SVPWM的永磁同步电机矢量控制系统的建模与仿真
关键词 ：空间矢量脉宽调制 ； 永磁同步电机 ； 矢量控制 ； 正弦脉宽调制法
中 图分 类 号 ：Ｔ ２ ３ Ｔ ３ １ Ｐ ７ ； Ｍ ５ 文 献 标 志 码 ：Ａ
Ｔｈ ｏ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ Ｓ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｃ ｏ ｎ ｒ ｌ Ｓ ｓ ｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｎ ｏ ０ Ｍ Ｓ ｓ ｄ ｏ ＶＰＷ Ｍ ｆＰ Ｍ Ｂａ ｅ ｎ Ｓ
凯
２０ ９ ） ０ ０ ０
摘
要 ：在分析永磁 同步 电机 （ ＭＳ 数学模型和矢量 控制 （ ｃ 原理 的基础上 ， Ｐ Ｍ） ｖ） 阐述 了 电压 空间矢量 脉宽
调制（ Ｖ ＷＭ） ＳＰ 的原理及算法 ， 并在 Ｍ ｔ ｂ／ ｉ ｕｉｋ ａｌ Ｓｍ ｌ 环境下构建 了基于 Ｓ Ｐ ａ ｎ Ｖ ＷＭ 的 Ｐ Ｓ Ｍ Ｍ磁场定 向 Ｖ Ｃ系统 仿真模 型． 仿真结果表明 ， 于 Ｓ Ｐ 基 Ｖ ＷＭ 的控制 系统具有更好 的控制性能 ， 说明了该仿 真模 型的正确性 和有效
Ｓ ａｇ ａ ｎ ｅ ｉ ｌ ｔｃ ｏ ｅ， ｈ ｎ ｈｉ ２ ０ ９ ，Ｃ ｉ ） ｈ ｎ ｈ ｉ ｉ ｒ ｔ ｏ Ｅｅ ｒ ｗ ｒ Ｓａ ｇ ａ ００ ０ ｈ ａ Ｕ ｖ ｓｙ ｆ ｃｉ Ｐ ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｏｎ ｔ ａ ｉ ｆａ ａ ｙ ｉ ｇ ｔ ｅ ＰＭＳ ｍｏ ｅ ｎ ｈ ｉ ｃｐ ｅ．ｔｅ ｐ ｉ ｃｐ ｅ ａ ｄ ｓｒ ｃ ： ｈｅ ｂ ｓｓ ｏ ｎ ｌｚｎ ｈ Ｍ ｄ ｌａ ｄ ｔ ｅ ＶＣ ｐｒｎ ｉｌ ｈ ｒｎ ｉｌ ｎ ａ ｇ ｒｔ ｍ ｆｖ ｌａ ｅ Ｓ ｌｏ ｉｈ ｏ ｏｔｇ ＶＰＷ Ｍ Ｓｉ ｔｏ ｕ ｅ ｉ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ．ａ ｈ ｅ ｄ ｏ ｉ ｎｅ ｎｄ ｔ ｅｆ ｌ ． ｒｅ ｔｄ ＶＣ ｙ ｔｍ ｉ ｌｔｏ ｄｅ ａ ｅ ｉ ｓ ｓｅ ｓｍｕ ａｉｎ ｍｏ ｌｂ ｓ ｄ
基于SVPWM的永磁同步电机矢量控制仿真研究_丁硕
基于ＳＶＰＷＭ的永磁同步电机矢量控制仿真研究＊丁 硕１ 崔总泽２ 巫庆辉１ 常晓恒１ 胡庆功１（１．渤海大学工学院 锦州 １２１０１３；２．哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院 哈尔滨 １５０００１）摘 要：为了对高性能永磁同步电动机矢量控制系统进行准确分析，在分析永磁同步电机数学模型和空间矢量方法的基本原理的基础上，采用经典速度、电流双闭环控制方法建立了永磁同步电机空间矢量控制系统的仿真模型，详细说明了仿真系统模型的４个组成模块，并在ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下进行仿真实现。
仿真结果表明：系统构建方法简单，基于空间矢量控制方法的同步电动机系统的响应速度快，系统运行平稳，仿真波形与理论分析一致，验证了该仿真实验平台的有效性。
关键词：永磁同步电机；空间矢量脉宽调制；仿真；Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中图分类号：ＴＭ３０１．２ ＴＮ７１０．９ 文献标识码：Ａ 国家标准学科分类代码：５１０．８０２０Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔｉｃｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＶＰＷＭＤｉｎｇ Ｓｈｕｏ１ Ｃｕｉ Ｚｏｎｇｚｅ２ Ｗｕ Ｑｉｎｇｈｕｉ １ Ｃｈａｎｇ Ｘｉａｏｈｅｎｇ１ Ｈｕ Ｑｉｎｇｇｏｎｇ１（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｏｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｚｈｏｕ １２１０１３，Ｃｈｉｎａ；２Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａ ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ，ｉｎｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒｓ ｏｆ ａ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｉｓ ｅｓｔａｂ－ｌｉｓｈｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｃ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｕａｌ－ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ｍｅｔｈｏｄ．Ａ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｃｏｍｐｏ－ｎｅｎｔ ｍｏｄｕｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｇｉｖｅｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｖｉａ ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ，ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄｏｎ ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｆａｓｔ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｒｕｎｓ ｓｍｏｏｔｈｌｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｉｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ；ＳＶＰＷＭ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 收稿日期：２０１４－０４＊基金项目：国家自然科学基金（６１１０４０７１）、辽宁省教育厅高校科研计划（Ｌ２０１０００２）资助项目１ 引 言永磁同步电机具有结构简单、转矩脉动小、可高速运行等特点，在高精度伺服系统的执行器中得到广泛的应用。
基于SVPWM的永磁同步电机仿真分析
Ａｂ ｔａｃ ｓｒ ｔ
Ｔ ｉ ｐ ｐ ｒｉｔ ｄ ｃ ｓｔｅ ｐ ｉｃｐｅ ｏ ｐ ｃ ｅ ｔｒｐ ｌｅ ｗｉｔ ｄ ｌｔ ｎ （Ｖ ＷＭ） ｎ ｎ ｌ ｅ ｈ ｏ ｔｏ ｐｉｃｐｅ ｈｓ ａ ｅ ｎｒ ｕ ｅ ｈ ｒ ｉｌ ｆｓ ａ ｅ ｖ ｃｏ ｕｓ ｄｈ ｍｏ ｕａｉ ｏ ｎ ｏ ＳＰ ， ｄ ａ ａｙ ｓ ｔｅ ｃ ｎｒｌ ｒ ｉｌ ａ ｚ ｎ
令：
ＵＩ 自 ＝ （） １
１３ 电压 矢 量 切 换 时 间 的计 算 ． Ｔ 、 ｂ Ｔ 定义 如下 ： ａ Ｔ 、ｃ
Ｔ ＝（ － １ Ｔ ） ４ ａ Ｔ Ｔ 一 ２／
Ｔ ｂ＝Ｔ ａ＋７１ ２ ＿／
乎 Ｕ一 ａ Ｕ一 一 ３乎 № ＝
（ ２ ） ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ （ ３ ）
令 ：
‰
号 进 行 非 运 算 ， 以获 得 Ｐ Ｍ２ Ｐ Ｍ Ｐ 可 Ｗ 、 Ｗ ４、ＷＭ６信 号 波形 。
２ 永 磁 同 步 电 机 矢 量 控 制
ｃ 孚 孚 ＋ ，
（ ５）
三 相 Ｐ Ｍ 在 ｄ ｑ坐 标 下 ， 定 子 电压 方 程如 下 ： ＭＳ — 其
则 扇 区 中相 邻 ２个 基 本 矢 量 的作 用 时 间 如 表 ２所 示 。Ｔ ， １
Ｔ ２分别 表示 相 邻 两 个 基 本 相 量 作 用 时 间 。对 作 用 时 间还 应 进 行
饱 和 判 断 ， Ｔ ＋ ２ Ｔ时 ， 取 ： １ Ｔ Ｔ （ １ Ｔ ）Ｔ ＝ ２％ 当 １Ｔ＞ 应 Ｔ ＝ １ ／ Ｔ ＋ ２ ，２ Ｔ
电压 矢 量 所 在 的 扇 区 。
表 １ Ｎ 值 与扇 区对 应 关 系
基于SVPWM永磁同步电机控制系统的建模与仿真
理论便可得到路 q轴下 PMsM数学模型。
电压平衡方程:
仇 二 心 p化一 汽 尺 + 衅
式中， p为微分算子; R:为电 枢绕组电阻( 。) :
U。 凡 +夕 = 几 几+衅 礼
( 1)
补 翁 罪迎
位宜与 庄公 砚 翻
僻为 子 速 (r 眺); 化、 确 q轴 链。 转 角 度a 九为 磁
. 2 2 PMSM 矢量控制系统
( 1) 矢量控制原理 矢量控制技术可以实现交流电动机产生转矩
和产生磁通的电流分量之间的解祸控制，使交流电
入嘛 、谕 。 后 相电 检 电 检 然 由 流 测 路 测到礼 、 . 0 1 经 标 换 到 、 ， 、 分 与 坐 变 得 与 i 将与 与 别 它 v ， 们的参考给定愉 、瑞 进 较 这里控制 、 行比 嗬 =0 通 个电 I 调 器 到 ， 过两 流P 节 得 理想的 控
文在分析PMSM数学模型的基础上，借助Ma a 强 l t b
大的 真 模能 在 m n 中 立了 于 仿 建 力， 影 u k 建 基 i l
SVPw M的PMSM控制系统的仿真模型， 并进行了仿 真实验，为PMSM伺服控制系统的分析与设计提供 了有效理论依据。
目 PMsM的矢量控制己 前， 被证明是一种高性 能的控制策略.1 ，但系统结构、具体实现方案还需 ] 进一步研究。脉宽调制技术以正弦脉宽 ( SPWM)
者提出了空间电压矢量脉宽调制 ( SVPWM) 方法， 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。仿真和 建模是各工程领域分析、设计各种复杂系统的有利 工具，因此，如何建立有效的Ph1SM控制系统的仿
基于SVPWM的永磁同步电机控制
02 SVPWM控制技术
2.2 SVPWM的算法实现
第一步：扇区判断： 判断由 Uα和Uβ所决定的空间电压矢（Uref）量所处的扇区。来自U 1 U U
2
3 2
U
U 2
U 3
3 2
U
U 2
N5
定义： 若U1>0 ，则 A=1，否则 A=0； 若U2>0 ，则 B=1，否则 B=0； 若U3>0 ，则 C=1，否则 C=0。
其中，Clark变换、Park变换已在前面介绍，用到的角度由编码器反馈经过计算 后得到。经过变换后，三相定子电流解耦变成两个直流分量iq和id，在实际中矢量控 制的目的是使id趋近于零、iq跟踪速度调节器的输出。控制分别由三个PI调节器完成。
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T0/2
T4/2
T6/2
T7/2
T7/2
T6/2
T4/2
T0/2
在不同的扇区内将Ta，Tb，Tc，分别赋给比较寄存器CMPR1，CMPR2，CMPR3。
03 永磁同步电机双闭环控制系统
双闭环矢量控制系统结构图，由电流环，转速环构成：
01 永磁同步电机及其矢量控制系统
1.2 永磁同步电机的数学模型
在分析永磁同步电动机的数学模型时，为了使分析简化，做如下假设： （1）忽略定、转子铁芯磁阻，不计涡流和磁滞损耗； （2）永磁材料的电导率为零，永磁体内部的磁导率与空气相同； （3）转子上没有阻尼绕组； （4）永磁体产生的励磁磁场和三相绕组产生的电枢反应磁场在气隙中均为正弦 分布； （5）稳态运行时，相绕组中感应电动势波形为正弦波。 （6）定子三相绕组对称且为Y型连接。
永磁同步电机的空间矢量脉宽调制(SVPWM)原理及仿真研究
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永磁同步电机的空间矢量脉宽调制（SVPWM）原理及仿真研究
作者： 作者单位： 刊名： 陈娜， 李杨声， 李福瑞， 王程勇 湖北三江航天红峰控制有限公司,湖北 孝感,432001 科技创新与应用
英文刊名： 年，卷(期)：
科技创新与应用
永磁同步电机的空间矢量脉宽调制 （SVPWM） 原理及仿真研究
陈 娜 李杨声 李福瑞 王程勇 湖北 孝感 432001） （湖北三江航天红峰控制有限公司，
克服了直流伺服电动机机械式换向器和电刷 摘 要： 永磁同步电机在伺服控制系统应用中得了迅速的发展， 其优越的调速性能， 带来的一系列限制。文章主要介绍了空间矢量脉宽调制原理及算法流 程；在 Matlab7.6.0\simulink 建模仿真 平台 上搭建了基于 且对模型进行了系统仿真。 SVPWM 算法的永磁同步电机控制系统的仿真模型， 算法； 仿真 关键词： 永磁同步电机； 1 引言 正弦脉宽调制 （SPWM） 随着电力电子的发展， 在交流调速系统中得 到了广泛应用，经典的 SPWM 控制主要是将电压变频器的输出电压尽 同时， 还产生高次谐波分 量接近正弦波， 但并未估计输出电流的波形， 量引起电动机发热、转矩脉动，甚至使系统振荡。而电压矢量控制 （SVPWM） 是从输出电压的角度出发， 目的在于可以生成一个可以调频 调压的三相对称正弦供电电源，SVPWM 是一种优化的 PWM 控制技 降低 术， 能明显减小逆变电路输出电流的谐波成分及电机的谐波损耗， 电压利用率高， 在交流伺服系 转矩脉动， 且其控制简单， 数字实现方便， 统中得了广泛应用。 本文将详细介绍基于 SVPWM 的原理以及永磁同步电机控制算 用 Matlab7.6.0\simulink 软件进行建模、 仿真。 法， （SVPWM） 2 空间矢量脉宽调制 原理 当用三相平衡的正弦电压向交流电动机供电时，电动机的定子磁 磁链矢量的运动轨迹形成圆形的 链空间矢量幅值恒定， 并以恒速旋转， 所以只要按照跟踪 空间旋转磁场 （磁链圆） ， 从而产生恒定的电磁转矩， 圆形旋转磁场来控制逆变电路向交流电动机提供可变频电源，并能保 “磁链圆” “磁链跟踪控制” 证电动机形成定子 ， 这种控制方法称作 ， 磁链 所有又称 “电压空间矢 的轨迹是交替使用不同的电压空间矢量得到的， 即 SVPWM” 量 PWM 控制， 。 三相逆变电路输出状态共有 8 种开关模式，其中 000 和 111 开关 模式时逆变电路电压输出为零， 这两种开关模式成为零状态。所以有效 开关模式为 6 种，由 6 种开关模式和线电压的关系可以得出基本电压 见图 1， 空间矢量， 相邻空间矢量的矢量间隔为 60毅， 而两个零矢量幅值 为零， 位于中心。 当六个非零空间矢量单独输出后，定子磁链矢量的矢端的运动轨 如果能把正六 迹就是一个正六边形， 而我们需要的是圆形的运动轨迹， 就越接近圆形， 按照这个思路， 边形变成正多边形， 正多边形的边越多， 我们必须使得三相逆变器有更多的开关状态，一种方法是利用六种基 本空间电压矢量的线性时间组合来得到更多的开关状态。根据参考输 出电压矢量的区间位置，选择与之相邻的基本电压空间矢量来合成参 图 2 为电压空间矢量的线性组合。t1 和 t2 分别是 UX 考输出电压矢量， 在每一个 T 期间， 和 UX+60 作用时间， T 是 Uref 作用时间， 都改变相邻基 故当 T 本矢量作用时间， 并保证所合成的电压空间矢量的幅值都相等， 磁链轨迹就是 足够小时， 电压空间矢量的轨迹就近似圆形的正多边形， 即形成 “圆形磁场” 一个正多边形， 。
基于SVPWM的永磁同步电机控制
基于SVPWM的永磁同步电机控制目录1. 概述 (1)2. 仿真各模块介绍及参数设置 (3)3. 仿真结果 (6)4. MATLAB学习心得 (8)1.概述本次任务为设计一种基于SVPWM的永磁同步电机转速控制系统，采用PID控制算法，可以实现对永磁同步电机转速准确控制，仿真模拟了以下三个步骤：电机空载启动，空载调速和电机突然带载。
设计要求：1.要求对电机控制为dq轴电流解耦控制。
2.仿真要求电机的转速有较快的响应速度，且具有较好的稳定性。
3.可以实现无级调速，且仿真的误差与设定转速误差很小。
电机控制仿真的Simulink示意图和系统组成框图如图1-1和1-2所示：图1-1基于SVPWM永磁同步电机控制仿真图1-2基于SVPWM永磁同步电机控制系统组成框图系统是由转速调节模块、负载调节模块、PID控制模块、SPVPWM信号产生模块、永磁同步电机组成。
在用户预先设好转速与加载时间及大小后，控制系统就可以对永磁同步电机进行仿真。
具体原理如下：仿真中为实现对电机的控制，首先是将预计转速输入到PID模块中，产生控制晶闸管通断的SVPWM信号，再由SVPWM信号装置产生PWM信号以追踪永磁同步电机的磁链圆实现对永磁同步电机的转速控制。
以上所述为控制的前向通道，控制的反馈是将电机的q轴和d轴电流分两个闭环反馈给PID控制模块，用PID算法实现对永磁同步电机的精准控制。
MALTAB及其在电气工程中的应用2.仿真各模块介绍及参数设置2.1 PID控制模块PID控制模块是本次仿真的主要控制模块，本次仿真采用的是零d轴电流控制，通过调节q轴电流，控制电机转速，采用双闭环系统设计，将从永磁电机读取到的d轴电流和q轴电流以及当前电机的转速反馈回PID控制模块中。
PID控制模块的示意图如图2-1所示。
图2-1 PID控制模块示意图对电机转速和d轴电流的PID控制都是将实际的量与给定的控制量的对比，将误差传给PID模块，经对转速的PID控制以后，输出的为q轴电流值，将实际q轴电流与PID输出的对比结果再将控制信号输入给SVPWM产生装置。
基于SVPWM的永磁同步电机控制策略研究
压转换成。邸平面直角坐标系中的分量。 可以利用图２中６个非零的基本电压空间矢量的
线性时间组合来得到更多的开关状态，用来保证电压
空间矢量以圆形运行轨迹为目标，则可以产生谐波较
少的且直流电源电压利用率较高的输出。
２．１基本空间矢量作用时间的计算
电压空间矢量的线性组合见图３，以、以和以分别
代表相邻的基本电压空间矢量（其中玑和以为以逆时
图２基本电压空问矢量
Ｆｉｇ．２ Ｂａｓｉｃ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ —－１４—．
万方数据
当三相逆变器（１８０。导通方式）对ＰＭＳＭ供电时。
定子电压由逆变器三组６个功率管的开关状态确定。
逆变器可以输出８个电压空间矢量，如图２所示。其中， ６个非零电压矢量按每区６００将磁链圆分成６个区间，
Ｍｉｎｔ电＆嗣Ｉ与ｎｓ仪ｔ裹ｒｍｍｍｔａｔｉｏｎ
Ｆｌｅｅｔｒｌｅｄ
ＶｏＬ４６ Ｎｏ．５２３
ＪｕＬ ２∞９
式中ｔ－和玢别是以和以（或以）作用的时间；乃提以舴
用的时间。
ｔ４ｗ谨Ｕｘ
Ｕｘ
．
图３电压空间矢量的线性组合
Ｆｉｇ．３ Ａ ｌｉｎｅａｒ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｐａｃｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：，１１ｌｉｓ ｐａｐｅｒ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｖｅｃｔｏｒ
ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ．ｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ＰＷＭ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｌｌｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ ＰＭＳＭ ＳＶＰＷＭ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｄｕｃｔｓ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ＳＶＰＷＭ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｅｓｔａｂｈｓｈｅｄ ｉｎ Ｍａｔｌａｂ７．０／ｓｉｍｕｌｉｎｋ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ＳＶＰＷＭ
永磁同步电机直接转矩控制(svpwm)
三相永磁同步电动机直接转矩控制技术及仿真研究 1引言随着社会实际生产要求的不断提高，现代电机控制技术也不断得以升级。
继矢量控制之后，1986年日本I.TakhaShi 和德国M.Depenbrock 分别提出了直接转矩控制技术。
直接转矩控制(Direct Torque Control ，DTC)是基于定子磁场定向和电压空间矢量分析的方法，根据转矩偏差、磁链偏差及定子磁链的空间位置，选择合适的电压矢量。
这项技术的问世，以其新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能等优点受到普遍关注并被广泛研究。
常规的DTC 方案其实是一种Bang —Bang 控制方法：针对定子磁链幅值和转矩偏差以及磁链的空间位置， 在一个控制周期内，选择和发出单一空间电压矢量，这个电压矢量要同时控制磁链和转矩的误差方向，而忽略了转矩和磁链误差大小，从而经常造成转矩和磁链脉动，不能达到期望的最佳控制效果。
减小滞环容差可以减小脉动，但又会导致逆变器的开关频率增大，开关损耗随之增加；矢量细分法改善了磁链轨迹，但结构相对复杂。
矢量调制 (Space V oltage Vector Modulation)是在一个控制周期内，通过相邻电压矢量和零矢量合成得到所需的任意电压矢量，实现电压矢量的连续可调。
本文在分析了直接转矩控制原理(DTC)和空间电压矢量脉宽调制技术(SVPWM)的基础上，做了基于磁链空间电压矢量脉宽调制技术的永磁同步电机直接转矩控制技术的仿真。
1直接转矩控制原理永磁同步电机在转子坐标系下的数学模型：⎥⎦⎤⎢⎣⎡ψ+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡f q d q d q d q d i i pL R L L pL R u u ωωω0 (1) []sm q d s sm q f q d sn e L L L L L P t δδ2sin )(sin 243-ψ-ψψ= (2)[]t sm q d s sm q f q d s n t t d d L L L L L P d d eδδδ2cos )(2cos 243-ψ-ψψ= （3）式中：q d q d q d L L i i u u ,,,,,——定子电压、电流、电感在q d ,轴上的分量；s f ψψ,——励磁磁链和定子磁链；p P t n e ，,——电磁转矩、转子极对数和微分算子；δsm ——负载角；式(2)表明，电机参数确定后，在实际运行中，永磁同步电机转子上励磁磁场的磁链幅值一般为恒值，为保证充分利用电动机铁心，通常要使定子磁链的幅值为额定值，这样就可以直接通过控制负载角δsm 的大小来控制电磁转矩的大小，这就是DTC 的核心思想。
基于SVPWM的永磁同步电机控制系统建模与仿真
Ｍ ｏ ｅｉｇ ａ ｄ Ｓｍｕａ ｉｎ ｏ ｄ ｌ ｎ ｉ ｌ ｔｏ ｆＰＭ Ｓ ｎｔｏ ｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏ ＶＰＷ Ｍ ｎ Ｍ Ｃｏ ｒ ｌＳ ｓ ｅ Ｂａ ｅ ｎ Ｓ
ＤＯＮ Ｇ Ｓｈｅ ｇ ｙｎｇ ．ＳＵ Ｎ ｎ—ｉ Ｓｈｕ ｈｏ — ｎｇ
压 矢量 ｕ 位于 Ⅲ 扇 区 ， ｕ 可 由相 邻矢 量 Ｕ ， 。 则 Ｕ 和零 矢 量 ￡ （ ） 合 而成 。 据伏 秒平衡 原则 可得 ］ ， 组 ｏ 根 ：
Ｔ。 ＝ Ｕ ＋ Ｔ６ ＋ Ｔｏ （ ， ） Ｕ ＝ ＝ Ｕ６ Ｕ。 【７
式中： 丁 为采 样周 期 ； ４ Ｔ ， ｏ 别 为逆 时 针旋 转 的 Ｔ ， ６Ｔ 分
ｍ ｅｈｏｄ ｏ ｎｔ ｇｒ ｌｓｏｐ ｆ ｒ ｒ ｄ ｉ ｈｅ ｔ ｉｎｇ ｅ ｐｕｌｅ ｉ ｏｐ ｅ ｔ ｆｉ ｅ ａ— ｌ ｏ ｐ ｏ ｕｃｎｇ ｔ ｒａ ｌ ｓ ｓ ｐｒ ｏｓ ｄ． Ｔｈｅ ｓｍ ｕｌｔｏ ｘｐ ｒｍ ｅ ｔ ｆ ｒ ｈ ｗｈｏ ｅ ｓ ｔ ｍ ａ ｅ ｉ ａ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｎ ｓ ｏ ｔ ｅ ｌ ｙｓｅ ｒ ｃ ｒ ｉｄ Ｏ ． Ｔｈｅ ｅ ｆ ｃｉ ｅ ｎ ｓ ｎ ｏｒ ｅ ｔ ｅ ｓｏｆｔ ｏｄ ｌａ ｅ ｖ ｒｆｅ ｈｅ ｓｍ ｕｌｔｏｎ ｒ ｓ ｌｓ Ｔ ｈ ｒ ｆ ｅ， ａ ｕ ｅ ｕ ｅ ｅ — ａ ｒｅ Ｕｔ ｆｅ ｔｖ － ｅ ｓ ａ ｄ ｃ ｒ ｃ ｎ ｓ ｈｅｍ ｅ ｒ ｅ ｉｉ ｄ ｂｙ ｔ ｉ ａｉ ｅ ｕｔ． ｅ ｅ ｏｒ ｓ ｆ ｌｒ ｆ ｒ ｅ ｅａ ｓｓ ａ ｅ ｏ ｆ ｒ ｄ ｆ ｈ ｃ ｕａ ｅ ｉ ｎｃ ｎｄ ｂａ ｉ ｒ ｆｅ ｅ ｏｒ ｔ ｅ ａ ｔ ｌｄ ｓｇｎ ｏｆＰＳＭ Ｓ ｃ ｔ ｏ ｙ ｔ ｍ． ｏｎ ｒ ｌｓ ｓ ｅ Ｋｅｙ ｒ ｗｏ ｄｓ：ｖ ｃ ｏｒｃ ｅ ｔ ｏｎｔｏ ；ＰＭ ＳＭ ；ｄ ｂｌ－ｏ ｏ ｒ ｙ ｔ ｍ ；ｍ ｅ ｈｏ ｎｔｇｒ — ｌ ｒｌ ｏｕ ｅ ｌ ｏｐ ｃ ｎｔｏ１ｓ ｓ ｅ ｔ ｄ ｏｆｉ ｅ ａｌｓｏｐ
基于SVPWM的永磁同步电机直接转矩控制系统的建模与仿真
基于SVPWM的永磁同步电机直接转矩控制系统的建模与仿真史晓永;王步来;陈雪琴;高响【摘要】文章介绍了永磁同步电机直接转矩控制的原理，分析了传统直接转矩控制系统转矩脉动的缺点，并且将空间矢量脉宽调制技术引入永磁同步电机的直接转矩控制系统中，利用空间矢量的调制过程，可在相同的系统硬件条件下得到更多的、连续的电压空间矢量，进而得到对电机更准确的控制。
仿真结果表明，该方案既保持了直接转矩控制快速动态响应，又减小了电机转矩的脉动。
%This paper introduces the principle of direct torque control of permanent magnet synchronous motor,dis-cussed the disadvantages of the torque ripple of traditional direct torgue control system,and introduces the space vector pulse width modulation technique into the direct torque control system of permanent magnet synchronous motor.Under the same hardware conditions,the system can obtain more continuous voltage space vector by taking advantage of SVPWM. The simulation results show the program not only keep the direct torque control fast dynamic response,but also reduce the motor torque ripple.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】3页(P25-26,29)【关键词】永磁同步电机;直接转矩;转矩脉动;空间矢量脉宽调制【作者】史晓永;王步来;陈雪琴;高响【作者单位】上海海事大学，上海 201306;上海海事大学，上海 201306;上海海事大学，上海 201306;上海海事大学，上海 201306【正文语种】中文【中图分类】TM3511 直接转矩控制的基本思想对电机的统一转矩公式进行推导，可得永磁同步电机在M-T坐标系中的转矩方程为:式中，p为电机的极对数;|Ψs|为定子磁链的幅值;isT为定子电流在T轴的分量。
永磁同步电机SVPWM控制策略仿真研究
2 控制系统模型建立
在永磁同 步电机数学模型 的基础上 , 提出建
图 5 扇区判断模块结构图
87
微电机
表 1 N 与扇区的对应关系 N 扇区 1 # 2 ∃ 3 % 4 & 5 ! 6 ∋
2009年第 42卷第 1 期
Hale Waihona Puke 行比较时 , 若其差值大于滞环 比较器所定义 的滞 环宽度, 逆变器所对应的功率开关器件正向导通 , 负向关断 ; 反之, 若差值 小于滞环宽 度时, 功 率 开关器件状态不 变。从而生成 三相桥臂逆变 器功 率开关器件的 6 组控制信号。如图 7。
永磁同步电机 SVPWM 控制系统仿真建模采用 双闭环控 制方案。转速 环由转速 P I 控 制器组成 , 电流环由电流 P I控制器构成。 在系统中, 经测量 得到永磁同步 电机三相 定 子电流 ia、 ib、 ic, 经过坐标变换模块转 换为实际 直轴电流 id 和实际交轴电流 iq 。实际转速与给定转 速比较后经过控制器得到参考交轴电流 iq - ref。 id、 iq 分别和参考直轴电流 id- ref、 参考交 轴电流 iq ref
图 7 SVPWM 输出模块结构图
3 仿真结果
根据上述建立的永磁同步电机 SVPWM 控制系 统的仿真模 型, 在 M atlab6 5 /S i m link 环 境下进 行 仿真。电机参数设定为 : 电机功率 P = 2 k W, 直流 电压 Udc = 300 V, 定子绕组电阻 R = 2 875 ! , 定 子 d 相绕组电感 L d = 0 0085 H, q 相绕组电感 L q = 0 0085 H, 转子磁场磁通 ∀= 0 175W b , 粘滞摩擦 系数 B 7= 0 N m s, 转动惯量 J = 0 0008 kg m , 额定转速 nN = 700 r /m in, 极对数 p = 4 。 为了验证所设计的永磁同步电机 SVPWM 控制 系统仿真模型的 有效性和 静、动态性 能, 设定 仿 真总时间为 0 05 s , 系统在 t= 0 s时带 T L = 3 N m 的负载转矩起动 , 在 t= 0 04 s时 T L = 1 N m, 得 到系统转速、定子 三相电流、矢量切 换点和转 矩 仿真曲线如图 8 所示。
基于SVPWM的电机控制系统仿真研究
武汉理工大学学报 � � � 信息与管理工程版 V . 28 N .7 J O URNAL O F WUT （ INF O R M � � ATIO N & M ANAG E M E NT E NG INE E RING ） J .2006
文章编号： 100 7- 144X （200 6 ） 0 7- 0 0 91 -0 4
基 于
的 电 机 控 制 系 统 仿 真研 究
罗文辉， 李 璇
（武汉理工大学 自动化学院， 湖北 武汉 43 00 7 0）
� � � � � 摘 要： 在分析 电压空间向量 （ SV P W M ） 的基本原理的基础上， 利用 M 6 . 5 软件建 立了 PM SM 矢量 控制系 统仿真模型。系统采用双闭环控制， 电流采用 P I 控制， 以及速度采用 P ID 控制。仿真结果表明， 采用 SV P W M 供电的 P M SM 变频调速系统有好的动态性能和稳态精度。 关键词： 永磁同 步电动机； SV P W M ； 电机控 制； 系统仿真 中图法分类号： TP 273 文献标识码： A
.
系统设计框图
收稿日期： 2006- 05 -15 . 作者简介： 罗文辉 （ 196 8-） ， 女， 湖北武汉人， 武汉理工大学自动化学院讲师 . 基金项目： 湖北省自然科学基金资助项目 （ 2005 A BA282） .
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武汉理工大学学 报
Байду номын сангаас信息与管理工程版
20 0 6 年7 月
� 工具 � 箱 � 中 丰 富 的 模 块 库， 建立 式中， 、 分别为 、 轴电感系数； 为定子绕 � � � � 控制系 统仿真模型， � � 系统设计框 图如图 2 组电阻； 、 分别为 、 轴的定子电流； 、 分 � � � � 所示。 里面包含了永磁同步电机的 别为 、 轴的定子电压； 为转子角速度； 为 � � � 仿真和测量模块， 因此无需再对电机的仿真模型 � 转子永磁磁 极与定子绕组 匝连的磁链的幅 值； 进行编程， � 减少了研究时间。 为电机极对数； 为电磁转矩， 为转动部分的转 � � 动惯量； 为机械阻尼系数； 为机械负载转矩； � 为定子角位置。 中的永磁同步电机模块就是基于上述 � � � � � � � � � � � � � � � � � � 数学模型的。仿真过程中， � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 模块和 D 模块往往作为一个整体使用， 它们一起构 成永磁同步电机控制系统的仿真对象。由于和测 量模块相连， 该仿真对象可以观测到很多物理量： � � � � � 线电流 、 、 ；、 轴电流 、 ； 、 轴电压 、 � � � � � � � � ； 转子转速 ； 转子位置角 ； 电磁转矩 。这 � � � �
基于SVPWM的永磁同步电机控制系统的仿真研究
（ ｎｉ ｇ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｆＡｅ ｏ ａ ｔｃ Ｎａ ｊ ｉｅ ｓｔ ｏ ｒ ｎ ｕ ｉｓ＆ Ａｓｒ ｎ ｕ ｉｓ ｎ ｙ ｔｏ ａ ｔ ，Ｎａ ｊ ｇ ２ ０ ，Ｃｈ ｎ ） ｃ ｎｉ １ １ ｎ ０ ６ ｉａ
文 献标 识码 ： Ｂ
Ｓｉ ｕ ａ ｉ ｎ Ｒｅ ａ ｃ ｎ Ｐｅ ｍ ａ ｅ ｔＭ ａ ｎｅ ｍ ｌ ｔｏ ｓ ｒ ｈ ｏ ｒ ｎ ｎ ｅ ｇ ｔＳｙｎ ｈｒ ｎｏ ｓ ｃ ｏ ｕ Ｍ ｏ ｏ ｎｔ ｏ ｙｓ ｅ Ｂａ ｅ ｔ ｒＣｏ ｒ ｌＳ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏｎ ＳＶ ＰＷ Ｍ ｃ ｉ ｕｅ Ｔｅ ｈｎ ｑ
ｓｍｕ ａ ｉｎ ｍｏ ｅ ｆ ｉ ｌｔ ｄ ｌ ｏ ｏ ＰＭＳ ｃ ｎ ｒ ｌ ｙ ｔｍ ａ ｅ ｎＳ Ｍ ｏ ｔ ｏ ｓｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ＶＰＷ Ｍ ｓｂ ｉ ｎ ＭＡＴＬＡＢ／ ｉ ｌ ｋ．Ｉ ｈ ｎ ｓ ｉ ｕｌ ｉ ｔ Ｓ ｍｕ ｉ ｎ ｎ ｔ ｅｅ ｄ，ｓ ｍｅ ｏ
接 在一起 的情况 ， 时 的 电压空 间矢 量幅 值为零 ， 之 这 称 为零 矢 量 ， 其 余 的 ６个 非 零 矢 量经 过 推 导 可知 其 幅 而 值 都 等 于 ２ ／ ， 向互 差 ６ 。 Ｕｄ３ 方 ０［ 。通 过 三 相 ／ 相 变 两 换， 把这 ６ 非零 矢 量和 ２个零 矢 量在 空 间 ａ 个 —ｐ平面 上 画 出 ， 图 ２所 示 ， ＶＰ 如 Ｓ ＷＭ 就 是 通 过 所产 生 的 实 际 的 圆形 旋 转磁 场 。对 于任 意 空 间矢量 Ｕ ｆ假设位 于 — 第 Ⅲ扇 区 ， 它 沿相 邻 两 个 空 间矢 量 、 的方 向分 把
沈 涛 ， 桥 梁 李 （南 京航 空航 天 大 学 机 电学 院 ， 苏 南 京 ２ ０ １ 江 １ ０ ６）
永磁同步电机SVPWM仿真研究
S imula tion Research on PM SM Con trol System Ba sed on SVPWM Techn ique
M E I B ai2shan, CHENG Xiao2yong, YANG L in2tao
id , iq ———定子基于 d2q轴系的电流 ;
ψ d
,ψq
———定子基于
d2q轴系的磁链 ;
Ld , Lq ———定子基于 d2q轴系的等效电感 ;
Ra ———定子电阻 ;
ψ f
———转子永磁磁链
;
ω r
———转子电角速度
;
ω m
———转子机械角速度
.
注 : a2b2c———定子三相静止轴系 ,以上标 s表示 ; d2q———转子两相旋转轴系 ,以上标 r表示 ; q———轴沿转子旋转方向超前 d轴 90°; θr ———磁极位置角 (电角度 ). 图 1 永磁同步电机模型
第 25卷第 6期 2009年 12月
上海电力学院学报
Jou rnal of Shanghai U niversity of E lectric Pow er
文章编号 : 1006 - 4729 (2009) 06 - 0525 - 05
Vol. 25, No. 6 Dec. 2009
永磁同步电机 SVPWM 仿真研究
iq id
=
2 3
coθs r cos(θr 2120°)cos(θr +120°) sinθr sin (θr 2120°) sin (θr +120°)
基于优化SVPWM算法的永磁同步电机矢量控制系统
研制开发算法的永磁同步电机矢量控制系统何湘龙（湖南石油化职业技术学院，湖南岳阳电压空间矢量脉宽调制技术（Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM）是一种通过改变空间电压或电流矢量来控制变流器的技术，主要介绍永磁同步电机的数学模型、SVPWMMatlab/Simulink上创建控制模型，综合仿真分析计算的结果，验证了这种算法不仅减少了数字信号处理器资源，还大大提高了永磁同步电机的稳定性、可靠性以及抗干扰能力。
空间矢量控制；永磁同步电机（PMSM）；控制算法；数字信号处理Vector Control System of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on OptimizedSVPWM AlgorithmHE Xianglong(Hunan Petrochemical Vocational Technical College, YueyangAbstract: SVPWM is a novel technology for controlling converters by changing the space voltage or current vector. This article mainly introduces the mathematical model of permanent magnet synchronous motors, the basic principles of进一步分析，由式（1）、（2）、（3）可以得到：24ππ33s sA sB sC 2π3sA sB 2d e e d 32e 3j j s j U t U U U t ψψψ==++=++∫∫4π3sC e j ψ（4）对电压积分，利用等式两边相等的原则有：s ssA L sB s m s s sC s s sin sin 222sin πsin π33344sin πsin π33t t U t t t t ωωψψωψωωψωω=−=− −−（5）2 SVPWM 控制策略在应用中，PWM 逆变器作为SVPWM 控制的主要对象，可实现较为简单的开关量控制，如图1所示。
永磁同步电机 SVPWM控制及仿真毕业论文
永磁同步电机 SVPWM控制及仿真毕业论文第一章绪论1.1本课题的研究意义及目的1.1.1本课题的研究意义永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor）是指采用永磁磁铁为转子的同步电动机。
永磁同步电机具有结构简单，体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率因数高等优点，在工农业生产中，有大量的生产机械要求连续的以大致不变的速度运行，例如风机、泵、压缩机、普通车床等。
这类机械设备大量采用普通三相感应电动机驱动，但感应电动机的效率和功率因数较低，能源浪费厉害。
随着社会对节能的重视和国家对高效电机和永磁电机的推广力度的加大，这些节能潜力大的设备都有被永磁电机和普通高效电机代替的需求。
而这些机械采用永磁电机则可获得比普通电机高得多的效率和功率因数。
在某些场合，负载率低，若采用普通电机，轻载时功率因数和效率低，经济运行范围窄，造成大量的电能浪费。
若采用永磁电机，部分设备可适当的降低电机容量，可以实现高效、高功率因数和宽广的经济运行范围，节约大量的电能。
在一些生产机械中，要求多台电动机同步运行。
普通电机的转速和电源频率之间没有严格的固定关系，随着负载的变化而变化，即使是同一厂家生产相同规格的感应电动机，其转速也有一定的差别，难以保证多台电动机以相同的转速运行。
永磁同步电动机的转速与电源频率之间有严格的固定关系，只要多台电动机的供电电源频率和电动机极对数相同，就可以方便的实现同步运行。
这在某些纺织设备上已得到很好的推广。
既节约了能源，又能很方便的实现电动机同步运行。
这对于国家提出的节能减排政策和国家社会主义现代化建设具有最要意义。
1.1.2 课题目的本课题以永磁同步电机为被控对象，设计了两种控制器，即传统的线性PI控制器和自适应的模糊控制策略。
永磁同步电动机的矢量控制可以获得很高的性能，该系统中控制器的设计对系统的性能起主要作用。
线性PI控制器的主要组成部分为比例—积分环节，积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。
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ｌ 引 言
永 磁 同步 电机具 有结构 简单 、转矩脉 动小 、可高 速运 行 等特点 ，在 高精 度 伺 服 系 统 的 执行 器 中得 到 广泛 的应 用 。 当今对 同步 电机 控制 要求 越 来 越高 ，由于 空 间矢 量 脉宽 调 制 （ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＳＶＰＷＭ）控 制具 有 线性范 围宽 、高 次谐 波少 、易于 数 字化 等 优 点 ，Ｓ Ｍ 方 法成为永 磁 同步 电机 的 主要 方 法 ，ＳＶＰＷＭ 方 法基 于磁 链 追踪思 想 ，将 逆变 器 与永 磁 同步 电机 视 为一 体 ，利 用 ＩＧＢＴ 的 ６个桥 臂开关信 号 的不 同组合产 生 ８个基 本 电压 空 间矢
量来 合成实 际的 电压空 间 矢量 ，使 该合 成 矢量 的旋 转 轨迹 尽量 逼近 圆形 就 形 成 了基 本磁 链 圆 ］。为 了实 现对 高 性 能永 磁 同步 电 动机矢 量 控 制系 统准 确 分析 ，在 ＭＡＴＬＡＢ／ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下 建立基于 ＳＶＰｗＭ 的永磁 同步 电动机 的仿 真平 台是非 常必要 的。给 出 了被控 对 象 的数 学模 型 ，并 简 要 的介绍空 间矢量控制 方法 ，构建 了经 典速 度 、电流双 闭环 控 制系统 ，并用 ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ工具 给 出仿 真结 果 ，验 证该 仿真实验 平 台的有 效性 ，为永 磁 同步 电动 机 的高性 能 控 制理论研究 提供 良好 的验证平 台 。
Ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｐｅｒｍ ａｎｅｎｔ ｍ ａｇｎｅｔｉｃ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍ ｏｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＶＰＷ Ｍ
Ｄｉｎｇ Ｓｈｕｏ Ｃｕｉ Ｚｏｎｇｚｅ Ｗ ｕ Ｑｉｎｇｈｕｉ Ｃｈａｎｇ Ｘｉａｏｈｅｎｇ Ｈｕ Ｑｉｎｇｇｏｎｇ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｏｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｚｈｏｕ １２１０１３，Ｃｈｉｎａ；
己口Ｉ ４年 ５月
ｌ 第］］卷 第 ５期
研 究 与 开 发
基 于 ＳＶＰＷＭ 的 永磁 同步 电机 矢量 控 制仿 真研 功 （１．渤 海 大 学 工 学 院 锦 州 １２１０１３；２．哈 尔 滨 工 业 大 学 电气 工 程 及 自动 化 学 院 哈 尔 滨 １５０００１）
２ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ。Ｈ ａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａ ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐｅｒｍ ａｎｅｎｔ ｍ ａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍ ｏｔｏｒ，ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｍ ｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒｓ ｏｆ ａ ｐｅｒｍ ａｎｅｎｔ ｍ ａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍ ｏｔｏｒ ｉｓ ｅｓｔａｂ— ｌｉｓｈｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｃ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｕａｌ—ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍ ｏｔｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ｍ ｅｔｈｏｄ．Ａ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｃｏｍｐｏ— ｎｅｎｔ ｍｏｄｕｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉＳ ｇｉｖｅｎ。ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉＳ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｖｉａ ＭＡＴＬＡＢ ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍ ｅｎｔ ｍ ｅｔｈｏｄ ｉｓ ｓｉｍ ｐｌｅ，ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ｅｏｎｔｒｏｌ ｍ ｅｔｈｏｄ ｉＳ ｆａｓｔ．ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｒｕｎｓ ｓｍ ｏｏｔｈｌｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｓ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｉＳ ｖｅｒｉｆｉｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｍ ａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ；ＳＶＰＷ Ｍ ；ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ；Ｓｉｍｕｌｉｎｋ
摘 要 ：为 了 对 高 性 能 永 磁 同步 电动 机 矢 量 控 制 系 统 进 行 准 确 分 析 ，在 分 析 永 磁 同步 电 机 数 学 模 型 和 空 间 矢 量 方 法 的基 本 原 理 的 基 础 上 ，采 用 经 典 速 度 、电 流 双 闭 环 控 制 方 法 建 立 了 永 磁 同 步 电 机 空 间 矢 量 控 制 系 统 的 仿 真 模 型 ，详 细 说 明 了仿 真 系 统 模 型 的 ４个 组 成 模 块 ，并 在 ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环 境 下 进 行 仿 真 实 现 。 仿 真 结 果 表 明 ：系统 构 建方 法 简 单 ，基 于 空 间矢 量 控 制 方 法 的 同 步 电 动 机 系统 的 响 应 速 度 快 ，系 统 运 行 平 稳 ，仿 真 波 形 与 理论 分 析 一 致 ，验证 了该 仿 真 实 验 平 台 的 有 效 性 。 关 键 词 ：永 磁 同 步 电机 ；空 间 矢 量 脉 宽 调 制 ；仿 真 ；Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 中 图 分 类 号 ：ＴＭ３０１．２ ＴＮ７１０．９ 文 献 标 识 码 ：Ａ 国 家 标 准 学 科 分 类代 码 ：５１０．８０２０