永磁同步电机双闭环矢量控制系统仿真实验指导书

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MATLABSIMULINK永磁同步电机矢量控制系统仿真

一、本文概述

随着电机控制技术的快速发展，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）在工业、交通和能源等领域的应用越来越广泛。矢量控制作为PMSM的一种高效控制策略，能够实现

对电机转矩和磁链的精确控制，从而提高电机的动态性能和稳态性能。然而，在实际应用中，矢量控制系统的设计和调试过程往往复杂且耗时。因此，利用MATLAB/Simulink进行永磁同步电机矢量控制系统的仿真研究，对于深入理解矢量控制原理、优化控制策略以及提高系统性能具有重要意义。

本文旨在通过MATLAB/Simulink平台，建立永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型，并对其进行仿真分析。本文将对永磁同步电机的基本结构和数学模型进行介绍，为后续仿真模型的建立提供理论基础。本文将详细阐述矢量控制策略的基本原理和实现方法，包括坐标变换、空间矢量脉宽调制（SVPWM）等关键技术。在此基础上，本文将利用MATLAB/Simulink中的电机控制库和自定义模块，搭建永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型，并对其进行仿真实验。本文将根据仿真结果，对矢量控制系统的性能进行分析和评价，并提出优化建议。

通过本文的研究，读者可以全面了解永磁同步电机矢量控制系统

的基本原理和仿真实现方法，为后续的实际应用提供有益的参考和指导。本文的研究结果也为永磁同步电机控制技术的发展和应用提供了有益的探索和启示。

二、永磁同步电机数学模型

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种高性能的电机，广泛应用于各种工业领域。为了有效地对其进行控制，我们需要建立其精确的数学模型。PMSM的数学模型主要包

双闭环永磁同步电机矢量控制仿真研究

TECHNIQUE RESEARCH

双闭环永磁同步电机矢量控制仿真研究

Research on Vector Control Simulation of Double Closed Loop Permanent Magnet

Synchronous Motor

大连交通大学电气信息工程学院

严航 (Yan Hang) 唐明新(Tang Mingxin) 聂启鹏(Nie Qipeng)

永磁同步电机因其运行稳定、体积小、结构灵活等优点，在空调压缩机、电梯传动、船舶推进以及电动汽车领域都有着越来越广泛的应用。在此根据永磁同步电机的结构，通过数学模型对永磁同步电机进行描述，并在Matlab/Simulink中搭建了一种用于汽车能量回收的矢量控制模型。采用空间矢量脉宽调制技术和速度、电流双反馈的方式，控制永磁同步电机恒转速输出。同时该双闭环永磁同步电机矢量控制能够在高性能电机驱动控制系统方面提供一定的指导意义。

关键词：永磁同步电机；矢量控制；电动汽车；MATLAB/Simulink软件

Abstract: Permanent magnet synchronous motor (PMSM) is widely used in air-conditioning compressor, elevator drive, ship propulsion and electric vehicle because of its stable operation, small size and flexible structure. Accordi ng to the structure of permanent magnet synchronous motor, the permanent magnet synchronous motor is describ ed by mathematical model, and a vector control model for vehicle energy recovery is built in MATLAB/Simulink. The output of permanent magnet synchronous motor (PMSM) at constant speed is controlled by space vector pulse wi dth modulation (SVPWM) and double feedback of speed and current. At the same time, the vector control of doub le closed-loop permanent magnet synchronous motor can provide guidance for high performance motor drive con trol system.

永磁同步电动机矢量控制调速系统Simulink仿真

摘要

本文首先简要介绍了正弦波永磁同步电动机（PMSM）的结构特点和数学模型，在此基础上阐述了永磁同步电动机矢量控制的思想和自控变频调速方法。着重介绍了正弦波脉冲宽度调制（SPWM），电流滞环跟踪PWM（CHBPWM）和电压空间矢量PWM（SVPWM）三种控制技术，并分别给出了基于这三种变频控制技术的永磁同步电动机矢量控制双闭环调速系统的Simulink仿真模型。应用PID控制器设计方法进行系统参数整定，并进行动态仿真分析校正，最终达到了较为理想的稳、动态性能指标。其中着重分析了转速微分负反馈在双闭环调速系统中抑制超调、改善动态性能和增强抗扰性能的作用。

关键词：永磁同步电动机矢量控制 SPWM CHBPWM SVPWM 仿真

Abstract

Firstly,this paper briefly describes the structural features of Sinusoidal Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) and it’s mathematical model.Then elaborating the theory of the Vector control and the method of Controlled frequency.It presents three control technology of SPWM,CHBPWM and SVPWM.It also gives the simulation model of double closed-loop control system of PMSM.We design the parameters of PID while simulating.Finally,we achieve the ideal performances of the system.It mainly analysises funtion of controlling overshoot and improving performances of the differential negative feedback of speed.

永磁同步电机矢量控制系统仿真实验设计

收稿日期: 2019-06-21 基金项目: 教育部产学合作协同育人项目（201702016012）；广西
高等教育本科教学改革工程项目（ 2015JGZ138 ， 2015JGA273，2019JGB244）；2018 年广西科技大学本科教育教学改革项目“应用型电气工程专业核心课程虚拟仿真实验教学改革的研究与实践” ；广西教育厅科研项目（YB2014209）作者简介: 周晓华（1976—），男，云南牟定，硕士，副教授，主要从事电气工程及其自动化专业的教学和科研工作。
永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor，PMSM）具有结构紧凑、转矩惯量比高、功率密度和功率因数大，以及动态特性好等优点，在工业、交通、航空、军事等领域得到了广泛的研究和应用[1-2]。永磁同步电机的矢量控制是高校电机控制技术课程的核心内容之一，但由于所涉及的电机原理、坐标变换、自动控制原理、电力电子技术等理论知识比较抽象，学生难于理解和掌握。笔者利用 Matlab/Simulink 仿真
情形，开展了两种永磁同步电机矢量控制系统的仿真实验教学。实验结果与理论推导一致，验证了所建立仿真模
型的正确性。
关键词：永磁同步电机；矢量控制；电流滞环跟踪调制；SVPWM 调制；仿真实验
中图分类号：TM921
文献标识码：A 文章编号：1002-4956(2020)01-0126-06

永磁同步电动机矢量控制调速系统Simulink仿真

摘要

关键词：永磁同步电动机矢量控制 SPWM CHBPWM SVPWM 仿真

Abstract

工程项目永磁同步电机矢量控制调速系统仿真

综合训练项目三

题目：永磁同步电机矢量控制调速

系统仿真

1学期期：2014-2015学年第学业：自动化专

1班级班级：2011 姓名：官均涛1105010105 号：学指导教师：侯利民

辽宁工程技术大学成绩评定表

综合训练项目三

题目：永磁同步电机矢量控制调速系统仿真目的：通过搭建仿真模型，克服了

传统教学中枯燥、抽象、难于理解等弊端，消

化知识单元六中矢量控制的理论知识，达到良好的教学效果。

要求: 利用MATLAB/simulink中的电力系统工具箱搭建PMSM矢量控制系统仿真模型，通过调节PI参数，得到良好的动静态性能，观察系统突加减变负载运行工况下的速度、电流及转矩变化情况。

任务：1、学习永磁同步电机矢量控制技术；

2、搭建永磁同步电机矢量控制系统仿真模型；

3、调试PI调节器参数满足各种工况；

4、针对仿真模型进行演示答辩，考查其掌握程度。

成果形式：现场演示+书面报告

永磁同步电机矢量控制调速系统仿真

1 永磁同步电动机的矢量控制原理 (1)

1.1 永磁同步电动机的矢量控制原理 (1)

1.2 永磁同步电动机矢量控制运行时的基本电磁关系 (1)

1.3 永磁同步电动机的矢量控制策略 (2)

2 永磁同步电动机矢量控制系统i=0控制的simulink仿真 (4)

d2.1 永磁同步电动机矢量控制系统的建模 (4)

2.2 永磁同步电动机矢量控制系统的simulink仿真 (5)

2.2.1 空载启动仿真 (5)

2.2.2转速突变仿真 (6)

2.2.3 负载突变仿真 (8)

3 仿真结果分析 (11)

综合训练项目三

永磁同步电机矢量控制仿真

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。下面进行详细介

永磁同步电机系统仿真

第1章绪论

1.1 课题研究的背景

1.1.1 永磁同步电机的发展状况

永磁同步电机出现于 20 世纪 50 年代。其运行原理与普通电激磁同步电机相同，但它以永磁体替代激磁绕组，使电机结构更为简单，提高了电机运行的可靠性。随着电力电子技术和微型计算机的发展，20 世纪 70 年代，永磁同步电机开始应用于交流变频调速系统。20 世纪 80 年代，稀土永磁材料的研制取得了突破性的进展，特别是剩磁高、矫顽力大而价格低廉的第三代新型永磁材料钕铁硼(NdFeB)的出现，极大地促进了永磁同步电机调速系统的发展。尤其值得一提的是我国是一个稀土材料的大国，稀土储量和稀土金属的提炼都居世界首位。随着稀土材料技术的不断发展，永磁材料的磁能积已经做的很高，价格也早就满足工业应用的需要，加上矢量控制水平的不断提高，永磁同步电动机越来越显出效率高、功率密度大、调速范围宽、脉动转矩小等高性能的优势。使我国在稀土永磁材料和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际先进水平。新型永磁材料在电机上的应用，不仅促进了电机结构、设计方法、制造工艺等方面的改革，而且使永磁同步电机的性能有了质的飞跃，稀土永磁同步电机正向大功率(超高速、大转矩)微型化、智能化、高性能化的方向发展，成为交流调速领域的一个重要分支[1][2]。

由于受到功率开关元件、永磁材料和驱动控制技术发展水平的制约，永磁同步电机最初都采用矩形波波形，在原理和控制方式上基本上与直流电机类似，但这种电机的转矩存在较大的波动。为了克服这一缺点，人们在此基础上又研制出带有位置传感器、逆变器驱动的正弦波永磁同步电机，这就使得永磁同步电机有了更广阔的前景。

(整理)永磁同步电机矢量控制仿真.

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PMSM）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PMSM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MATLABSIMULINK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

永磁同步电机系统仿真

添加标题
常见仿真软件：ANSYS Maxwell、COMSOL Multiphysics、FEMM等
添加标题
适用场景：ANSYS Maxwell适用于电磁场仿真，COMSOL Multiphysics适用于多物理场耦合仿真，FEMM 适用于电机电磁场仿真
添加标题
精度和稳定性：ANSYS Maxwell和COMSOL Multiphysics精度较高，稳定性较好，而FEMM适用于简单模型仿真，精度和稳定性相对较低
Leabharlann Baidu
添加标题
智能化：未来的永磁同步电机系统仿真将更加智能化，能够自动进行参数调整和优化设计。
添加标题
集成化：随着多物理场仿真技术的发展，未来的永磁同步电机系统仿真将更加集成化，能够同时考虑多种物理场的影响。
添加标题
定制化：随着个性化需求的增加，未来的永磁同步电机系统仿真将更加定制化，能够根据用户的需求进行定制化的设计和优化。
永磁同步电机系统的仿真软件
Simulink：用于动态系统建模和仿真，支持多种永磁同步电机模型 FEMTO-ST MCU：专门用于电机控制系统的仿真，包括永磁同步电机 dSPACE：实时仿真系统，可用于永磁同步电机控制算法的验证 MATLAB/Simulink：电机控制系统设计和分析工具，适用于永磁同步电机仿真
永磁同步电机系统仿真的应用和发展趋势

永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真

王涛;李勇;王青;贾克军

【摘要】基于永磁同步电机具有多变量、非线性的复杂特性,为研究需要,对其物理模型进行简化,建立了电机的数学模型及其基本方程.在矢量控制众多方法中采用最为简单的使直轴电流id=0方法进行研究,得到了基于转子磁场定向矢量控制下的电机电磁转矩方程.在Matlab/Simulink搭建整个系统仿真模型、转速和电流控制模块,并对这些模块进行仿真.仿真结果表明所得波形符合理论分析,系统响应快、超调量小,系统运行稳定,具有良好的动、静态特性.该模型的建立和分析对电机的实际控制提供了新的研究思路.%Based on the complex system of Permanent Magnetic Synchronous Motor (PMSM) with multi-variable and nonlinear, in this paper, the physical model of PMSM is simplified and the mathematical model of the motor is established in order to facilitate research. This paper uses id = 0 control manner which is the simplest manner in vector control methods, motor electromagnetic torque equation is established based on rotor field oriented vector control. The system model,speed and current control block are built and simulated with Matlab/Simulink. Simulation results show that the waveform is consistent with theoretical analysis; the model has fast response and small overshoot. The system runs stably with good dynamic and static characteristics. So,the establishment and analysis of PMSM model provide a new study for its actual control.

开题报告：永磁同步电机控制系统仿真(可编辑修改word版)

1.课题背景及意义

1.1课题研究背景、目的及意义

近年来，随着电力电子技术、微电子技术、微型计算机技术、传感器技术、稀土永磁材料与电动机控制理论的发展，交流伺服控制技术有了长足的进步，交流伺服系统将逐步取代直流伺服系统，借助于计算机技术、现代控制理论的发展，人们可以构成高精度、快速响应的交流伺服驱动系统。因此，近年来，世界各国在高精度速度和位置控制场合，己经由交流电力传动取代液压和直流传动[1][2]。

二十世纪八十年代以来，随着价格低廉的钕铁硼(REFEB)永磁材料的出现，使永磁同步电机得到了很大的发展，世界各国(以德国和日本为首)掀起了一股研制和生产永磁同步电机及其伺服控制器的热潮，在数控机床、工业机器人等小功率应用场合，永磁同步电机伺服系统是主要的发展趋势。永磁同步电机的控制技术将逐渐走向成熟并日趋完善[3]。以往同步电机的概念和应用范围己被当今的永磁同步电机大大扩展。可以毫不夸张地说，永磁同步电机已在从小到大，从一般控制驱动到高精度的伺服驱动，从人们日常生活到各种高精尖的科技领域作为最主要的驱动电机出现，而且前景会越来越明显。

由于永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、转矩电流比高、转动惯量低，易于散热及维护等优点，特别是随着永磁材料价格的下降、材料的磁性能的提高、以及新型的永磁材料的出现，在中小功率、高精度、高可靠性、宽调速范围的伺服控制系统中，永磁同步电动机引起了众多研究与开发人员的青睐，其应用领域逐步推广，尤其在航空航天、数控机床、加工中心、机器人等场合获得广泛的应用[4][5]。

双闭环永磁同步电机伺服系统仿真算例

双闭环永磁同步电机伺服系统

一．系统介绍

译文：

这个算例使用的永磁同步电机（1.1KW，3000rpm）由转速闭环和电流闭环共同控制。

电路描述:

这台三相电机由脉宽调制逆变器来供电，电机额定值是1.1kw,220v,3000rpm.脉宽调制逆变器完全由标准simulink模块建立。它的输出通过受控电压源作用与永磁同步电机的定子绕组。作用到电机转轴的负载转矩初始值设置为3n.m 在0.04秒时，跳变为1n.m。

两个控制环被使用，内环是用来稳恒电机的定子电流的，外环是控制电机的转速的。

观察定子电流的波形是很“吵杂”的，这是使用脉宽调制变频调制可以预料到的。当负载在0.04s减小时，电流的幅值也减小了。由PWM产生的噪声同样可以在电磁转矩的波形中看到，然而电机的惯性阻止了它出现在转速的波形中。

二．系统电路元件简介（从左至右）

1.转速给定模块 700rpm

2.比较器

3.PI调节器

4.低电平输入模块

5.矢量运算器

6.电流跟踪式PWM逆变器

7.电压测量元件

8.负载转矩信号输入模块

9.永磁同步电机

10.电机测试信号分配器

11.信号放大器

双闭环回路包括：三相定子电流反馈环，转速反馈环。由于转子角位移反馈环参与的是矢量控制，并不直接控制电机运行，因此它不再算作第三个独立的闭环。

三．重要模块介绍

对于上述的11个模块，相信大家对1，2，3，4，7，9，11都能根据已学的

专业知识很直接的理解，所以这里不再重点介绍了。下面要重点介绍的是大家比较陌生的以下四个模块：5.矢量运算器 6.电流跟踪式PWM变频器 8.负载转矩信号输入模块 10.电机测试信号分配器。其中更为重要的是：矢量运算器和PWM 变频器。由于本系统采用了矢量控制技术和变频调速，所以它们是这个系统的两个核心控制元件，也是这个算例的难点。

基于Matlab的永磁同步电机矢量控制系统仿真研究

中图分类号:T M351　T M341 文献标识码:A 文章编号:100126848(2007)022*******

基于Matlab 的永磁同步电机矢量控制系统仿真研究

龚云飞,富历新

(哈尔滨工业大学机器人研究所,哈尔滨　150001)

摘　要:在现代交流伺服系统中,矢量控制原理以及空间电压矢量脉宽调制(S VP WM )技术使得交流电机能够获得和直流电机相媲美的性能。为了更好地验证基于DSP 的交流调速矢量控制系统实际设计过程中各部分输出特性的正确性并为其设计提供必要的设计参数,利用Matlab /Si m ulink 工具箱搭建了系统的仿真模型。仿真结果符合电机实际运行特性,为实际系统的设计提

供了理论依据。

关键词:永磁同步电动机;建模;仿真;空间电压矢量脉宽调制;交流调速

S i m ul a ti on of P M S M Vector Con trol Syste m ba sed on M a tl ab

G ONG Yun 2fei,F U L i 2xin

(Robot I nstitute of Harbin I nstitute of Technol ogy,Harbin 150001,China )

ABSTRACT:I n t oday πs AC servo syste m ,the vect or contr ol theory and S VP WM technique make the AC mot or can achieve the perfor mance as good as DC mot or .W hen designing the AC servo syste m ,in order t o test the correctness of every part πs out puts and p r ovide the necessary design para meters f or the re 2al syste m ,we built the si m ulati on model of the whole syste m with si m ulink t oolbox in matlab .The si m u 2

基于Matlab_Simulink的永磁同步电机(PMSM+)矢量控制仿真(2)1

基于Matlab/Simulink的永磁同步电机（PMSM）矢量控制仿真

高延荣，舒志兵，耿宏涛

摘要

在现代交流伺服系统中，矢量控制原理以及空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）技术使得交

流电机能够获得和直流电机相媲美的性能。永磁同步电机（PMSM）是一个复杂耦合的非线

性系统。本文在Matlab/Simulink环境下，通过对PMSM本体、d/q坐标系向a/b/c坐标系转换等模块的建立与组合，构建了永磁同步电机控制系统仿真模型。仿真结果证明了该系统模型的有效性。

关键词：Matlab/Simulink，永磁同步电机，电压空间矢量脉宽调制，仿真

0、引言

永磁同步电机（PMSM）是采用高能永磁体为转子，具有低惯性、快响应、高功率密度、低

损耗、高效率等优点，成为了高精度、微进给伺服系统的最佳执行机构之一。永磁同步电

机构成的永磁交流伺服系统已经向数字化方向发展。因此如何建立有效的仿真模型具有十分重要的意义。对于在Matlab中进行永磁同步电机（PMSM）建模仿真方法的研究已经受到

广泛关注。

本文介绍了电压空间矢量脉宽调制原理并给出了坐标变换模块、SVPWM模块以及整个PMSM闭环矢量控制仿真模型，给出了仿真模型结构图和仿真结果。

1、电压空间矢量脉宽调制原理

1.1电压空间矢量

电机输入三相正弦电压的最终目的是在空间产生圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。直接针对这个目标，把逆变器和异步电机视为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制PWM电压，这样的控制方法称为“磁链跟踪控制”，磁链的轨迹是靠电压空间矢量相加得到的，所以

12-永磁同步电机双闭环调速系统设计

皖西学院

课程设计任务书

系别：机电学院

专业：10电气

学生姓名：学号：

课程设计题目：永磁同步电机双闭环调速系统设计起迄日期: 6月 17日~ 6 月28日课程设计地点:电机与拖动控制实验室

指导教师:刘世林

下达任务书日期: 6 月17日

永磁同步电机双闭环矢量控制系统仿真实验指导书

MATLABSIMULINK永磁同步电机矢量控制系统仿真

双闭环永磁同步电机矢量控制仿真研究

永磁同步电动机矢量控制调速系统Simulink仿真

永磁同步电机矢量控制系统仿真实验设计

永磁同步电动机矢量控制调速系统Simulink仿真

工程项目永磁同步电机矢量控制调速系统仿真

永磁同步电机矢量控制仿真

永磁同步电机系统仿真

(整理)永磁同步电机矢量控制仿真.

永磁同步电机系统仿真

永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真

开题报告：永磁同步电机控制系统仿真(可编辑修改word版)

双闭环永磁同步电机伺服系统 仿真算例

基于Matlab的永磁同步电机矢量控制系统仿真研究

基于Matlab_Simulink的永磁同步电机(PMSM+)矢量控制仿真(2)1

12-永磁同步电机双闭环调速系统设计

双闭环永磁同步电机伺服系统仿真算例