基于Matlab永磁同步电机控制系统建模仿真方法
MATLABSIMULINK永磁同步电机矢量控制系统仿真
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的数学模型主要包括电气方程、机械方程和磁链方程。
PMSM的电气方程描述了电机的电压、电流和磁链之间的关系。
在dq旋转坐标系下，电气方程可以表示为：V_d &= R_i I_d + \frac{d\Phi_d}{dt} - \omega_e \Phi_q \ V_q &= R_i I_q + \frac{d\Phi_q}{dt} + \omega_e \Phi_d其中，(V_d) 和 (V_q) 分别是d轴和q轴的电压；(I_d) 和 (I_q) 分别是d轴和q轴的电流；(\Phi_d) 和 (\Phi_q) 分别是d轴和q轴的磁链；(R_i) 是定子电阻；(\omega_e) 是电角速度。
matlab中关于永磁同步电机的仿真例子
matlab中关于永磁同步电机的仿真例子摘要：一、Matlab中永磁同步电机仿真概述二、永磁同步电机仿真模型建立1.参数设置2.控制器设计3.仿真结果分析三、SVPWM算法在永磁同步电机仿真中的应用四、案例演示：基于DSP28035的永磁同步电机伺服系统MATLAB仿真五、总结与展望正文：一、Matlab中永磁同步电机仿真概述Matlab是一款强大的数学软件，其在电机领域仿真中的应用广泛。
永磁同步电机（PMSM）作为一种高效、高性能的电机，其控制策略和性能分析在Matlab中得到了充分的体现。
利用Matlab进行永磁同步电机仿真，可以有效验证控制策略的正确性，优化电机参数，提高系统性能。
二、永磁同步电机仿真模型建立1.参数设置：在建立永磁同步电机仿真模型时，首先需要设定电机的各项参数，如电阻、电感、永磁体磁链等。
这些参数可以根据实际电机的设计值进行设置，以保证模型与实际电机的特性一致。
2.控制器设计：控制器的设计是电机仿真模型的核心部分。
常见的控制器设计包括矢量控制（也称为场导向控制，Field-Oriented Control, FOC）、直接转矩控制（Direct Torque Control, DTC）等。
在Matlab中，可以利用现有的工具箱（如PMSM T oolbox）方便地进行控制器的设计和仿真。
3.仿真结果分析：在完成控制器设计后，进行仿真实验。
通过观察电机的转速、电流、转矩等参数的变化，可以评估控制器的性能。
同时，可以利用Matlab的图像绘制功能，将仿真结果以图表的形式展示，便于进一步分析。
三、SVPWM算法在永磁同步电机仿真中的应用SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种用于控制永磁同步电机的有效方法。
通过在Matlab中实现SVPWM算法，可以方便地对比不同控制策略的性能。
在仿真过程中，可以观察到SVPWM算法能够有效提高电机的转矩波动抑制能力，减小电流谐波含量，从而提高电机的运行效率。
永磁同步电机矢量控制matlab仿真
永磁同步电机矢量控制matlab仿真永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）的矢量控制（也称为场向量控制或FOC）是一种先进的控制策略，用于优化电机的性能。
这种控制方法通过独立控制电机的磁通和转矩分量，实现了对电机的高性能控制。
在MATLAB中，你可以使用Simulink和SimPowerSystems库来模拟永磁同步电机的矢量控制。
以下是一个基本的步骤指南：1.建立电机模型：使用SimPowerSystems库中的Permanent Magnet SynchronousMachine模型。
你需要为电机提供适当的参数，如额定功率、额定电压、额定电流、极对数、转子惯量等。
2.建立控制器模型：矢量控制的核心是Park变换和反Park变换，用于将电机的定子电流从abc坐标系变换到dq旋转坐标系，以及从dq坐标系变换回abc坐标系。
你需要建立这些变换的模型，并设计一个适当的控制器（如PI控制器）来控制dq轴电流。
3.建立逆变器模型：使用SimPowerSystems库中的PWM Inverter模型。
这个模型将控制器的输出（dq轴电压参考值）转换为逆变器的开关信号。
4.连接模型：将电机、控制器和逆变器连接起来，形成一个闭环控制系统。
你还需要添加一个适当的负载模型来模拟电机的实际工作环境。
5.设置仿真参数并运行仿真：在Simulink的仿真设置中，你需要设置仿真时间、步长等参数。
然后，你可以运行仿真并观察结果。
6.分析结果：你可以使用Scope或其他分析工具来查看电机的转速、定子电流、电磁转矩等性能指标。
这些指标可以帮助你评估控制算法的有效性。
请注意，这只是一个基本的指南，具体的实现细节可能会因你的应用需求和电机参数而有所不同。
在进行仿真之前，建议你仔细阅读相关的文献和教程，以便更好地理解永磁同步电机的矢量控制原理。
基于MATLAB的永磁同步电机矢量控制系统仿真
３ 矢量控制与坐标变换模块
矢量控制 模 块 实 现 的 就 是 ＰＭＳＭ 的 矢 量 控 制 算 法 ， 其 中 ，
空间矢量变换 ＡＢＣ－ ＤＱ 和 ＤＱ－ ＡＢＣ 的变换矩阵分别为：
! ＣＡＢＣ－ ＤＱ＝
２ ３
"
##ｓｉｎθ
#
#
#
#
##ｃｏｓθ
#
#
#
１ #
#
#
# $
!
２
ｓｉｎ（
θ－
２ ３
π）
ｃｏｓ（ θ－ ２ π） ３
运行方式由电机电磁转矩符号决定 （为正则是电动机状态， 为
负则是发电机状态）。为了简化模型， 可以假定转子永磁磁极在
定子上产生的感应磁通是正弦分布的， 并且由于通常永磁同
步电机的气隙较大， 可以近似地忽略定电机铁心的磁饱和。
因此永磁同步电机在 ｄ－ ｑ 轴的电压方程为：
ｄ ｄｔ
ｉｄ
＝
１ Ｌｄ
ｕｄ
－
Ｒ１ Ｌｄ
π）
ｃｏｓ（θ＋ ２ ３π） Nhomakorabea$
１ !２
& & & & ’
根 据 上 面 两 式 在 ＭＡＴＬＡＢ 环 境 下 可 分 别 得 到 ｄｑ／ａｂｃ 和
ａｂｃ／ｄｑ 坐标变换的子模块， 用以实现 ＰＭＳＭ 的矢量控制算法，
将电流转换为电压。
４ 电流滞环型 ＰＷＭ模块
电 流 滞 环 ＰＷＭ 模 块 实 现 的 是 ＰＭＳＭ 的 滞 环 电 流 控 制 方
Ｔｈｅ Ｓ ｉｍｕｌａ ｔｉｏｎ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏｎ Ｍａ ｔｌａ ｂ ｆｏｒ Ｖｅ ｃｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｐ ｅ ｒｍａ ｎｅ ｎｔ Ｍａ ｇｎｅ ｔ Ｓ ｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ
基于MATLAB永磁同步电动机矢量控制系统的仿真研究
基于MATLAB永磁同步电动机矢量控制系统的仿真研究永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一种应用广泛的高性能电机。
在工业领域，PMSM通常采用矢量控制方法来实现精确的速度和位置控制。
本文基于MATLAB对PMSM矢量控制系统进行仿真研究，探讨其工作原理及性能。
首先，PMSM的矢量控制系统由控制器、电机和传感器三部分组成。
其中，控制器根据电机的反馈信号和期望输出来计算电机的控制信号。
传感器用于测量电机的转速、位置和电流等参数，反馈给控制器。
通过调节控制信号，控制器可以实现电机的速度和位置控制。
在PMSM的矢量控制系统中，通常采用dq轴矢量控制方法，将三相电流转换为直流参考轴和旋转参考轴的dq坐标系，进而对电机进行控制。
其次，本文利用MATLAB软件对PMSM矢量控制系统进行了仿真实验。
首先，建立了PMSM电机的数学模型，包括电机的动态方程、反电动势方程和电流方程。
然后，在MATLAB环境中编写程序，实现电机模型的数值求解和控制算法的计算。
通过调节控制参数，可以对电机的速度和位置进行精确控制，并实时监测电机的工作状态。
在仿真实验中，通过改变电机的负载情况、工作电压和控制参数等条件，分析了PMSM矢量控制系统的性能。
实验结果表明，当负载增加时，电机的转动惯量增大，控制系统的响应时间变长，但依然可以实现精确的速度和位置控制。
当电机的工作电压增加时，电机的输出功率和转速增大，但也会产生更大的电流和损耗。
当控制参数的比例增益和积分时间常数变化时，系统的稳定性和动态性能均会受到影响，需要进行合理的调节。
总结起来，本文基于MATLAB对PMSM矢量控制系统进行了仿真研究，探讨了其控制原理和性能。
通过仿真实验，可以深入理解PMSM矢量控制系统的工作原理，优化系统的参数和性能，并为实际应用提供参考。
基于MATLAB的永磁同步电机矢量控制系统
基于MATLAB的永磁同步电机矢量控制系统永磁同步电机是一种高效率、高功率密度、高动态响应和高精度控制的电动机，常用于工业和汽车电动化领域。
矢量控制是一种先进的控制技术，能够实现永磁同步电机的高精度控制。
本文将介绍基于MATLAB的永磁同步电机矢量控制系统。
首先，建立永磁同步电机的数学模型。
永磁同步电机的转子磁极数为2p，电机公称功率为Pn，电机额定转速为n，永磁同步电机的动态方程为：d(iq)/dt = (Vdq - Rsiq - pLsiq * w)/Lsd(id)/dt = (Vdq - Rsid - pLsid * w)/Lsd(w)/dt = (Te - TL)/J其中，iq和id分别为同步坐标系dq下的电流分量，Vdq为dq坐标系下的电压，R和L为电机的电阻和电感，Ls为同步轴电感，p为磁极对数，w为电机转速，Te为电磁转矩，TL为机械负载转矩，J为电机转动惯量。
接着，实现永磁同步电机矢量控制系统的控制算法。
矢量控制的核心思想是将dq坐标系下的电压控制转化为电磁转矩控制。
矢量控制可以分为定子矢量控制和转子矢量控制两种方法。
在定子矢量控制中，电机定子电流与电压之间的关系可以表示为：Vdq = Rs * idq + Ls * d(idq)/dt + psi其中，Rs为定子电阻，idq为dq坐标系下的电流，psi为电机定子磁通。
可根据上式推导出磁通向量参考值，将参考磁通向量转化为参考电流向量，通过PI控制器控制电流，最终实现电机电磁转矩的控制。
最后，在MATLAB中搭建永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型，对其进行仿真。
对于永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型，需要建立永磁同步电机的有限元模型，并进行仿真计算。
Simulink是MATLAB中的一款建模和仿真软件，可以方便地搭建永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型，并通过仿真结果来验证系统的性能。
实现永磁同步电机矢量控制系统需要考虑多种因素，如电机参数、控制算法、系统结构等。
基于MATLAB的永磁同步电机直接转矩控制的仿真建模
图 4 逆变器模块
பைடு நூலகம்
( 10)
2 1 1 ( ia ib ic ) 3 2 2 3 2
ic )
u sa =
2 1 1 u dc (S a S bS c) 3 2 2 3 2 0
S e)
2 3 ( iq = ib 3 2 ( 8)
( 11)
2 3 u sΒ= u dc ( S b3 2 1
ua
2. 5 磁链计算模块 (fDQ 1、 fa is 模块)
0 引 言
直接转矩控制技术以其新颖的控制思想, 简洁 的系统结构和优良的动静态性能已应用于交流传动 系统。 同步电动机特别是永磁同步电动机 (PM SM ) 有许多优点: 功率因数更高 ( 理论上可达到 1) , 效率 更高 ( 无需电励磁) , 可节省电能; 电机尺寸体积更 小; 转子结构更为简化, 稳定性更好。 所以采用永磁 同步电动机的交流传动成为今后发展的趋势[ 1, 2 ]。 本 文拟采用 M A TLAB S I MUL I N K 这一流行的可视 化及模块化的仿真工具对永磁同步电机直接转矩控 制系统进行研究, 详细阐述直接转矩控制系统中各 个单元模型的建立, 并分析了控制系统的性能。
u d = R s id + p 7 d - Ξr 7 u q = R s iq + p 7 q + Ξr 7
q d
( 1) ( 2) ( 3) ( 4) ( 5) ( 6)
7 d = L d id + 7 7 q = L q iq
T e=
f
3 n p ( 7 d iq - 7 q i d ) 2 d Ξr + B Ξr dt
c) 定子磁链曲线
图 10 转速、 转矩和磁链的响应曲线
基于MATLAB永磁同步电动机矢量控制系统的仿真研究
基于MATLAB永磁同步电动机矢量控制系统的仿真研究近年来，永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）作为一种高效率、高功率密度和高控制精度的电机，被广泛应用于工业和汽车领域。
针对永磁同步电动机的控制问题，矢量控制（Vector Control）成为了一种重要的控制策略。
本文将使用MATLAB对永磁同步电动机矢量控制系统进行仿真研究。
首先，我们需要建立永磁同步电动机的动态模型。
永磁同步电动机是一种非线性多变量系统，其数学模型可以描述为：\begin{cases}\frac{{d\theta}}{{dt}} = \Omega_m \\\frac{{d\Omega_m}}{{dt}} = \frac{1}{{J}}(T_{em} - T_{L}) \\ \frac{{di_q}}{{dt}} = \frac{1}{{L_q}}(v_q - R_s i_q -\Omega_m L_d i_d + e_f) \\\frac{{di_d}}{{dt}} = \frac{1}{{L_d}}(v_d - R_s i_d +\Omega_m L_q i_q)\end{cases}\]其中，$\theta$为转子位置，$\Omega_m$为电机机械角速度，$T_{em}$为电磁转矩，$T_{L}$为负载转矩，$i_q$和$i_d$为电流的直轴和正交轴分量，$v_q$和$v_d$为电压的直轴和正交轴分量，$R_s$为电机电阻，$L_q$和$L_d$为电机的定子轴和直轴电感，$e_f$为反电势。
接下来，我们可以使用MATLAB建立永磁同步电动机的矢量控制系统。
首先，我们需要设计控制器，其中包括速度环控制器和电流环控制器。
速度环控制器用于调节电机的机械角速度，电流环控制器用于控制电机的电流。
在速度环控制器中，我们可以选择PID控制器，其输入为速度误差，输出为电机的电压指令。
基于MATLABSimulinkSimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真
基于MATLABSimulinkSimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真一、本文概述随着电力电子技术和控制理论的快速发展，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的调速性能，在电动汽车、风力发电、机器人和工业自动化等领域得到了广泛应用。
然而，PMSM的高性能运行依赖于先进的控制系统，其中矢量控制（Vector Control, VC）是最常用的控制策略之一。
矢量控制，也称为场向量控制，其基本思想是通过坐标变换将电机的定子电流分解为与磁场方向正交的两个分量——转矩分量和励磁分量，并分别进行控制，从而实现电机的高性能运行。
这种控制策略需要对电机的动态行为和电磁关系有深入的理解，并且要求控制系统能够快速、准确地响应各种工况变化。
MATLAB/Simulink/SimPowerSystems是MathWorks公司开发的一套强大的电力系统和电机控制系统仿真工具。
通过Simulink的图形化建模环境和SimPowerSystems的电机及电力电子元件库，用户可以方便地进行电机控制系统的建模、仿真和分析。
本文旨在介绍基于MATLAB/Simulink/SimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统的建模与仿真方法。
将简要概述永磁同步电机的基本结构和运行原理，然后详细介绍矢量控制的基本原理和坐标变换方法。
接着，将通过一个具体的案例，展示如何使用Simulink和SimPowerSystems进行永磁同步电机矢量控制系统的建模和仿真，并分析仿真结果，验证控制策略的有效性。
将讨论在实际应用中可能遇到的挑战和问题，并提出相应的解决方案。
通过本文的阅读，读者可以对永磁同步电机矢量控制系统有更深入的理解，并掌握使用MATLAB/Simulink/SimPowerSystems进行电机控制系统仿真的基本方法。
基于Matlab永磁同步电机控制系统建模仿真
式中包含零序分量，在对称三相条件下，没有 零序分量，ｄｑ向ａｂｃ转换结构框图如图３所示。
ｄｑ向ａｂｃ转换模块输出三路基准信号，该曲线 的横坐标按转子位置标注，纵坐标按电流标注。３ 根曲线分别代表对应转子某一位置的３个绕组各 自驱动电流瞬时值，通过矢量合成可知此刻的旋 转磁场矢量的角度。 ３．３ 三相电流源型逆变器模块
（３） ｉｑ一旦确定，控制量的选择仅剩下确定期望值 ｉｄ，可以简单令ｉｄ＝０。对于给定转矩，这将实现最小 可能的电枢电流。 ＰＭＳＭ 的控制与驱动是双闭环系统，将图１的 控制系统分割为功能独立的子模块，其中转速环 由ＰＩ调节器构成，电流环采用滞环控制产生三路 基准信号，图２ 即为Ｐ Ｍ Ｓ Ｍ 建模的整体控制框图。 其中包括：ＰＭＳＭ 本体模块、ｄｑ向ａｂｃ 转换模块、三 相电流源型逆变器模块、速度控制器模块等。通过 这些功能模块的有机整合，就可在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕ－
正向导通，负向关断；当ｉ ｓ经惯性环节１／ Ｔ ｓ＋１ 超 过ｉｓｒ且偏差大于滞环比较器的环宽时，对应相正 向 关 断 ，负 向 导 通 。选 择 适 当 的 滞 环 宽 ，实 际 电 流可不断跟踪参考电流的波形，实现电流闭环控 制。 ３．４ 速度控制器模块
速度控制模块的结构如图５所示，参考转速和 实际转速的差值为单输入项，三相参考相电流幅 值ｉｑｒｅｆ为单输出项。其中，ｋｉ为ＰＩ控制器中Ｐ（比例） 的参数，ｋ／ＴＩ为ＰＩ控制器中（Ｉ 积分）的参数，Ｓａｔｕｒａ－ ｔｉｏｎ饱和限幅模块将输出的三相参考相电流幅值 限定在要求范围内。
Ｐ Ｍ Ｓ Ｍ 的主要设置参数包括：定子电阻Ｒ 、电 感Ｌ ｄ和Ｌ ｑ、转子磁通λ、转动惯量Ｊ 、粘滞磨擦系统 Ｂ，极对数ｐ 等。 ３．２ ｄｑ向ａｂｃ 转换模块
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 abG 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 2lati on results accord with the real mot or πs perf or mance and p r ovide the theory basis for the designing of re 2al syste m.KEY WO R D S:P MS M;Modeling,Si m ulati on;S VP WM;AC servo syste m收稿日期:2005212227修改日期:20062032211 控制原理永磁同步电机矢量控制系统基本框图如图1所示。
基于Matlab的永磁同步电机矢量控制系统仿真研究
基于Matlab的永磁同步电机矢量控制系统仿真研究一、本文概述随着电机控制技术的快速发展，永磁同步电机（PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的调速性能，在众多工业领域得到了广泛应用。
为了充分发挥永磁同步电机的性能优势，需要对其进行精确的控制。
矢量控制作为一种先进的电机控制策略，能够实现对电机转矩和磁链的独立控制，从而提高电机的动态和稳态性能。
对基于Matlab的永磁同步电机矢量控制系统进行仿真研究，对于深入理解电机控制原理、优化控制系统设计以及推动电机控制技术的发展具有重要意义。
本文旨在通过Matlab仿真平台，构建永磁同步电机的矢量控制系统模型，并对其进行仿真分析。
文章将介绍永磁同步电机的基本结构和工作原理，为后续的控制系统设计奠定基础。
接着，将详细阐述矢量控制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，文章将构建基于Matlab的永磁同步电机矢量控制系统仿真模型，并对其进行仿真实验。
通过对仿真结果的分析，文章将评估矢量控制策略在永磁同步电机控制中的应用效果，并探讨可能的优化措施。
二、永磁同步电机的基本原理和特性永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种利用永久磁铁作为转子励磁源的同步电机。
其工作原理主要基于电磁感应定律和电磁力定律，结合现代电力电子技术和先进的控制理论，实现了对电机的高性能控制。
永磁同步电机的核心构造包括定子绕组和永磁体转子两大部分。
定子绕组与交流电源相连，通入三相对称电流后会产生旋转磁场，类似于异步电机中的定子磁场。
不同于异步电机的是，PMSM的转子上镶嵌有高性能稀土永磁材料，这些永磁体在电机运行时不需外部电源励磁，即可产生恒定的磁场。
当定子旋转磁场与转子永磁磁场相互作用时，便会在电机内部形成一个合成磁场，从而驱动转子跟随定子磁场同步旋转。
高效节能：由于取消了传统同步电机所需的励磁绕组和励磁电源，永磁电机减少了励磁损耗，效率通常能达到90以上，尤其在宽负载范围内保持较高的效率水平。
两种基于Matlab对永磁同步电动机矢量控制系统的仿真方法
D 设计分析 e s i g n a n d a n a l y s i s 微特电机 2005年第7期 两种基于Matlab 对永磁同步电动机矢量控制系统的仿真方法收稿日期:2005-01-04两种基于M a tl ab 对永磁同步电动机矢量控制系统的仿真方法刘明丹1,刘 念2(1.四川农业大学,四川雅安625014;2.四川大学,四川成都610065)Two K i n ds of S i m ul a ti on M ethods for the Vector Con trol Syste m of Per manen tM agnet SynchronousM otor Ba sed on M a tl abL I U M ing -dan 1,L I U N ian2(1.Sichuan Agricultural University,Ya ′an 625014,China;2.Sichuan University,Chengdu 610065,China ) 摘 要:重点分析了应用M atlab /Si m ulink 对永磁同步电动机动态过程分析时建立电机仿真模型时的两种方法,一种是用电机状态方程系数阵[A,B ,C,D ]及State -Space 模块并辅以一些运算模块搭建电机模块;另一种是以S -函数方式实现。
并分别给出了两种建模方式的主要步骤。
关键词:Matlab 仿真;永磁同步电动机;矢量控制;S -函数中图分类号:T M 341 文献标识码:A 文章编号:1004-7018(2005)07-0026-03Abstract:T wo kinds of research and devel opment work on the vect or contr ol of per manent magnet synchr onous mot or with the ai m of si m ulati on are analyzed .The first is using the mot or’s constant [A,B ,C,D ]of state f or mula,and state -s pace module with the ai m of calculati on .The second is realized by using S -functi on .And the main method thr ough the modeling is given separately .Keywords:M atlab si m ulati on;per manent magnet synchr o 2nous mot or;vect or contr ol;S -functi on随着计算机软硬件技术的迅猛发展,市场上出现了多种计算机仿真软件。
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，所以又称“电压空间矢量PWM控制”。
空间矢量是按电压所加绕组的空间位置来定义的。
在图1中，A、B、C分别表示在空间静止不动的电机定子三相绕组的轴线，它们在空间互差120°，三相定子相电压UA、UB、UC 分别加在三相绕组上，可以定义三个电压空间矢量UA、UB、UC，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律变化，时间相位互差120°。
基于matlab永磁同步电机控制系统建模仿真方法
基于matlab永磁同步电机控制系统建模仿真方法1. 建立永磁同步电机模型
我们可以通过matlab中的Simulink工具箱建立永磁同步电机的模型，模型中包括电机本身和电机驱动系统。
该模型可以包括各种控制系统，比如位置控制、速度控制、电流控制等。
2. 设计控制系统
根据永磁同步电机的特性和实际控制需求，选定相应的控制策略。
常见的控制策略有FOC（磁场定向控制）、DTC（直接扭矩控制）等。
设计控制系统包括建立系统数学模型、设计控制算法、仿真验证等步骤。
3. 仿真实现
在matlab中进行仿真实现，根据设计的控制系统和模型参数，运行仿真程序，验证设计的控制系统的性能和功能是否符合实际控制要求，以此优化和完善控制系统。
4. 实验验证
在实验室或者实际应用场景中，进行实验验证，对控制系统进行调试和优化。
实
验验证可以通过实际硬件搭建或者仿真器件模拟等方式实现。
根据验证结果，并结合实际应用需求，对控制系统进行进一步优化和改进。
基于Matlab永磁同步电机矢量控制的仿真分析
Ｓｍｕｉｋ环 境 中搭 建 了 电 流和 速 度 双 闭 环控 制仿 真模 型 ， 真 结 果 也证 明 了该 系统模 型 的有 效 性 ， 证 了所 采 用 的 控 制 算 ｉ ｌ ｎ 仿 验
法 ， 在 实际 控 制 系统 设计 和 调 试 运 行 提 供 了充 分 的 理 论依 据 。 为
Ｓｉ ｉｋ． ｅ ｓｉ ｕａ ｉ ｒ ｕｔ ｏｖ ｄ ｈｅ ｆｅ ｔ ｔ ｔｅ ｙ ｔｍ ｍｏｄ ａ ｄ ｅｒｉｄ ｔ ｏｎｒ ｌ ａ｛ ｌｔ ｍｕｌ Ｔｈ ｍ ｌｔ ｎ ｏｎ ｅｓ ｌ ｐｒ ｅ ｔ ｅ ｃ ｉ ｙ ｏｆ ｈ ｓ ｓｅ Ｓ ｓ ｖｉ ｅｌ ｎ ｖ ｉｅ ｉ ｃ ｔｏ ｃ ｃｕａ ｉ ｗａｙａｎ ｉ ｌ ｆ ｓ ｏｎ ， ｄ ｔ — ａ
Ｓ ｒｖ ｅ ｕ ｉｅ ｔ ｈ ｏｅｉ ｌ ａ ｉ ｆｒｄ ｓ ｎ ｇ ａ ｄ ａ ｊｓ ｎ ｎ ｐ ａ ｔ ａ ｃ ｎｒｌ ｙ ｔｍ． Ｏ ｐｏ ｉ ｄ Ｓ ｆ ｉ ｅ ｒ ｃ ｓ ｏ ｅ ｉ ｉ ｎ ｄｕ ｔ ｇ ｉ ｒｃｉ ｌ ｏ ｔ ｓｅ ｄ ｃ ｎｔ ｔａ ｂ ｓ ｇ ｎ ｉ ｃ ｏ ｓ
Ｋ ｙ ｒ ｓＰ Ｍ， Ｖ Ｗ Ｍ， ｄ ｌ ｇ ｃｏ ｅ － ｏ ｐ ｓ ｌｔ ｎ ｅ ｗｏ ｄ ： ＭＳ Ｓ Ｐ ｍｏ ｅｉ ， ｌｓ ｄ ｌｏ ，ｉ ａ ｉ ｎ ｍｕ ｏ
本 文 应 用 Ｍａｌ 强 大 的 建 模 和 仿 真 能 力 ， 在 Ｍａｌｂ ｔｂ ａ ｔ ／ ａ Ｓｍｕｉｋ中 搭 建 Ｐ Ｍ 矢 量 控 制 系统 的仿 真模 型 ， 为 Ｐ Ｍ ｉ ｌ ｎ ＭＳ 这 ＭＳ 伺 服控 制 系统 的分 析 与 设 计 提 供 了 有 效 的 手段 和工 具 。
ｍｏ ｅｉｇ ｄ ｌ ｍｅ ｈ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｒ ｌ ｏ ｐ ｗｈｃ ａ ｅ ｈ ｉｎ ｒ ｕ ｒ ｎ —ｏ ｐ ｎ ｔ ｅ ｕｅ ｓ ｅ ｄ－ｏ ｐ ｒ ｕ ｅ Ｉ ｎ ｔ ｏ ，ｗｏ ｏ ｔ ｌｏ ｓ ｏ ｉｈ ｒ ｔ ｅ ｎ ｅ ｃ ｒ ｔ ｌ ａ ｄ ｈ ｏ ｔｒ ｐ ｅ ｌｏ ａ ｅ ｓ ｄ ｎ ｅ ｏ Ｍａ ｌｂ ｔ ／ ａ
基于Matlab永磁同步电机控制系统建模仿真方法
基于Matlab永磁同步电机控制系统建模仿真方法
杨平;马瑞卿;张云安
【期刊名称】《沈阳工业大学学报》
【年(卷),期】2005(027)002
【摘要】提出了永磁同步电机(PMSM)控制系统仿真建模的方法,在
Matlab/Simulink环境下,通过对独立的PMSM本体、dq坐标系向abc坐标系转换、三相电流源逆变器、速度控制器等功能模块的建立与组合,构建了永磁同步电机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的有效性,验证了其控制算法,为永磁同步电机控制系统设计和调试提供了理论基础.
【总页数】5页(P195-199)
【作者】杨平;马瑞卿;张云安
【作者单位】西北工业大学,自动化学院,西安,710072;西北工业大学,自动化学院,西安,710072;西北工业大学,自动化学院,西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】TM351
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制系统建模与仿真 [J], 吴冰
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基于MATLABSIMULINK永磁同步电动机调速系统的建模与仿真
毕业设计题目名称基于MATLAB/SIMULINK永磁同步电动机调速系统的建模与仿真系别电气信息工程系专业/班级电气工程及其自动化07102班学生学号指导教师（职称）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AbstractIn today’s AC s ervo system, the vector control theory and SVPWM technique make the AC motor can achieve the performance as good as DC motor when designing the AC servo system. PMSM is a nonlinear system with significant coupling. This novel method for modeling and simulink of PMSM system in Matlab is proposed. In Matlab /Simulink, the isolated blocks, such as PMSM block, coordinate transformation from d/q to a/b/c block, etc, have been modeled. The reasonability and validity have been testified by the simulate result.Key words:Matlab/Simulink; PMSM; SVPWM; simulation目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第1章绪论............................................................. - 1 - 1.1选题背景及意义...................................................... - 1 - 1.2本课题的研究现状及前景.............................................. - 1 -1.2.1相关发展....................................................... - 2 -1.2.2永磁同步电动机的运行控制方法................................... - 3 -1.2.3永磁同步电动机在现代工业中的应用............................... - 4 -1.2.4 永磁同步电动机的应用前景..................................... - 6 - 第2章永磁同步电动机系统原理.......................................... - 8 - 2.1 永磁同步电动机的基本组成............................................ - 8 -2.1.1 电动机........................................................ - 8 -2.1.2 转子位置传感器................................................ - 9 -2.1.3 逆变器........................................................ - 9 - 2.2永磁同步电动机的工作原理........................................... - 10 -2.2.1电枢反应...................................................... - 11 - 2.3 永磁同步电动机的数学模型........................................... - 14 - 第3章正弦波永磁同步电动机的调速系统.................................. - 18 -3.1正弦波永磁同步电动机的调速原理..................................... - 18 - 3.2正弦波永磁同步电动机调速系统....................................... - 20 -3.2.1主回路的组成和控制............................................ - 20 -3.2.2控制回路及系统工作原理........................................ - 23 - 第4章正弦波永磁同步电动机调速系统的建模与仿真........................ - 24 - 参考文献............................................................... - 30 - 结束语................................................................. - 31 - 致谢................................................................. - 32 -第1章绪论1.1选题背景及意义众所周知，直流电动机有优良的控制性能，其机械特性和调速特性均为平行的直线，这是各类交流电动机所没有的特性。
基于matlab的永磁同步电机调速系统的仿真
摘要本文首先介绍了永磁同步电机的国内外发展状况，然后介绍了永磁同步电机的结构及原理，接着建立了永磁同步电机的数学模型，并在此基础上用MATLAB 进行了仿真，最后进行了仿真及仿真结果的分析。
永磁同步电机是具有非线性、强耦合性、时变性的系统，在运行过程中会受到负载扰动等多因素影响。
以往研究永磁同步电机的做法是在硬件上搭建一个平台进行模拟，但是这样在做实验中难免会造成一些损失，而且硬件上的反馈会比较长研究周期长。
目前在国内外关于永磁同步电机调速系统的研究现状上来讲，基于MATLAB环境下仿真模型的构建下进行研究，这可极大的缩短研究周期和研究成本。
在利用MATLAB仿真模型研究永磁同步电机时，我们可以把那些扰动因数做成模拟信号给予模型，这样可以准确的定性分析实验得出结论。
关键字：永磁同步电机，空间矢量调制，MATLAB仿真，数学模型。
ABSTRACTIn the first, this paper introduces the domestic and international development status of Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM), gives a explanation about its basictheory, structure. Then it builds a mathematical model, and uses MATLAB to simulate that model.The PMSM is a nonlinear, strong-coupling and time-varying system, so in the operation process, it will be influenced by many factors such asload disturbance. Therere, it is necessary to take action when researching the control method of PMSM. The former research method is setting up a platform on hardware to perform experimensbut it is undesirable, because it often cause some loss, and the feedback cycle is longer than research cycle. As fordomestic and international current situation on the research of PMSM, it is obvious that researching under the simulation model created by MATLAB could greatly reduce the cost and cycle of researchment. When using MATLAB to build simulation model on the research of PMSM, we can transform these disturbance factors into analog signal, making a qualitative analysis to draw conclusions from them.Keywords：PMSM, SVPWM, MATLAB simulation, mathmatical model目录摘要 (I)ABSTRACT .............................................. I I 目录............................................... I II 第一章绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.1.1 研究背景 (1)1.1.2 研究的目的及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 国内研究历史及现状 (2)1.2.2 国外研究现状及趋势 (2)1.3 本文的主要内容 (3)第二章永磁同步电机调速系统的结构和数学模型 (5)2.1 引言 (5)2.2 永磁同步电机调速系统的结构 (5)2.3 永磁同步电机调速系统的数学模型 (6)2.3.1 PMSM在ABC坐标系下的磁链和电压方程 (6)坐标系下的磁链和电压方程 (8)2.3.2 PMSM在02.3.3 PMSM在dq0坐标系下的磁链和电压方程 (9)2.4 永磁同步电机的控制策略 (11)2.5 本章小节 (12)第三章永磁同步电机矢量控制及空间矢量脉宽调制 (14)3.1 引言 (14)3.2 永磁同步电动机的矢量控制 (14)3.3 空间矢量脉宽调制概念 (15)3.4 SVPWM模块的建立 (17)3.5 本章小结 (23)第四章基于Matlab的永磁同步调速系统仿真模型的建立 (24)4.1 引言 (24)4.2 MATLAB软件的介绍 (24)4.3永磁同步电机调速系统整体模型的建立 (25)4.4仿真参数调试及结果分析 (28)4.5本章小结 (29)第五章总结与展望 (30)5.1全文总结 (30)参考文献 (31)致谢 (33)第一章绪论1.1 研究背景及意义1.1.1 研究背景随着电力电子技术、微电子技术和现代电机控制理论的发展，交流调速系统逐步具备了宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能，交流调速系统应用越来越广泛。
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收稿日期:2004-09-19作者简介:杨平(1981-),男,江西新干人,硕士生.文章编号:1000-1646(2005)02-0195-05基于Matlab永磁同步电机控制系统建模仿真方法杨 平,马瑞卿,张云安(西北工业大学自动化学院,西安710072)摘 要:提出了永磁同步电机(PMSM)控制系统仿真建模的方法,在Matlab/Simulink环境下,通过对独立的PMSM本体、dq坐标系向abc坐标系转换、三相电流源逆变器、速度控制器等功能模块的建立与组合,构建了永磁同步电机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的有效性,验证了其控制算法,为永磁同步电机控制系统设计和调试提供了理论基础.关 键 词:永磁同步电机;仿真;建模;模型;闭环;参数中图分类号:TM351 文献标识码:AModeling and simulation of PMSM system based on MatlabYAN G Ping,MA Rui2qing,ZHAN G Yun2an(College of Automation,Northwestern Polytechnic University,Xi’an710072,China)Abstract:A novel method for modeling and simulink of PMSM system based on Matlab is proposed.In Matlab/Simulink,the isolated blocks,such as PMSM block,coordinate transformation block from dq to abc,three phase current source inverter controller block,speed controller block etc.,are modeled.By the functional combination of these blocks,two control loops are used,which are the inner current2loop and the outer speed2loop.The reasonability and validity are testified by the simulation and this novel method offers a new thought for the design and test of actual motors.K ey w ords:PMSM;simulation;modeling;model;closed2loop;parameter 永磁同步电机(permanent magnet syn2 chronous sotor,简称PMSM)广泛应用于伺服驱动系统,如:中小功率机床主轴驱动、位置控制、机器人系统、电梯、火炮瞄准、船舶推进系统等.它具有下列优点:无电刷和滑环,降低了转子损耗,从而可得到较高的运行效率;同样体积的电机,永磁式电机可输出更大的功率;转动惯量小,可获得较高的加速度;转矩脉动小,可得到平稳的转矩,尤其在极低的速度下也能满足有高精度位置控制的要求;零转速时有控制转矩;可做到高速运行;效率高,功率因数高;由于是稀土永磁磁极,可以获得较高的气隙磁密;装置结构紧凑[1].采用永磁同步电机的永磁交流伺服系统可将同步电机改造为具备与直流伺服电动机相类似的伺服性能,并以其优异性能成为精密电气伺服控制系统的一种优选方案,代表了电伺服技术的发展方向,有望得到广泛的应用[2].永磁同步电机构成的永磁交流伺服系统目前已经向数字化方向发展,进一步适应了高速、高精度机械加工的需要,系统中的电流环、速度环和位置环的反馈控制全部数字化.因此,如何建立有效的永磁无刷直流电机控制系统的仿真模型成为电机控制算法的设计人员迫切需要解决的问题,对于建立电机控制系统仿真模型方法的研究具有十分重要的意义.对于在Matlab中进行PMSM建模仿真方法的研究已经受到广泛关注[3].本文在分析永磁同步电机数学模型的基础上,借助于Matlab强大的仿真建模能力,在Matlab/Simulink中建立了PMSM控制系统的仿真模型,为PMSM伺服控制系统的分析与设计提供了有效的手段和工具.第27卷第2期2005年4月沈 阳 工 业 大 学 学 报Journal of Shenyang University of TechnologyVol127No12Apr.20051 永磁同步电机的数学模型以三相星形180°通电模式为例来分析PMSM的数学模型及电磁转矩等特性.为了便于分析,假定:1)磁路不饱和,即电机电感大小不受电流变化影响,不计涡流和磁滞损耗;2)忽略齿槽、换相过程和电枢反应等的影响;3)三相绕组完全对称,永久磁钢的磁场沿气隙周围正弦分布;4)电枢绕组在定子内表面均匀连续分布;5)驱动二极管和续流二极管为理想元件.则电机三相绕组的电压平衡方程可表示为[2]u a u b u c =r 0 00 r 00 0 ri ai bi c+dd tL M MM L MM M Li ai bi c+dd t Ψf sinθeΨfsin(θe-23π)Ψfsin(θe+23π)(1)式中:u a,u b,u c—定子相绕组电压,V;r—每相绕组电阻,Ω;i a,i b,i c—定子相绕组电流,A;L—每相绕组的自感,H;M—每相绕组的互感,H;p—微分算子p=d/d t;Ψf—转子永磁体磁链;θe—转子位置角,即转子q轴与a相轴线的夹角.因为三相绕组为星型连接,有i a+i b+i c=0(2)则M i b+M i c=-M i a(3) 将式(2)和式(3)代入式(1),得到电压方程式(4),这就是永磁同步电机在abc静止坐标系下的电压平衡方程.根据电压和电流的空间矢量的定义,可以将式(4)的相电压变换为两相都静止αβ坐标系来代替,然后进行αβ坐标系向转子坐标系的变换,即再进行dq坐标系的变换,得到相应的交直轴磁链方程(5)[3]u au bu c=r000r000ri ai bi c+dd tL-M000L-M000L-Mi ai bi c+dd t Ψf sinθeΨfsin(θe-23π)Ψfsin(θe+23π)(4)Ψd=L d i d+ΨfΨq=L q i q(5)将式(4)电压方程用交直轴磁链的形式表示为u d=ri d+L dd i dd t-ωeΨqu q=ri q+L qd i dd t+ωeΨd(6)式中:ωe—转子角速度;L d=L q=L-M,电机电磁转矩由下式表示T e=3p2(Ψd i q-Ψq i d)(7)由于转子表面安装永磁体结构,电机的交直轴电抗变化相等,所以电磁转矩可表示为T e=3p2Ψf i q=3p2K e i q(8)式中:p—电机极的对数;K e—反电势系数.最后整理得到整个电机系统的数学模型为式(9)所示u d=ri d+L dd i dd t-pωL q i qu q=ri q+L qd i qd t-pω(L d i d+K e) J dωd t+Bω+T l=T eT e=32p K e i q(9)式中:ω—机械角速度;J—转动惯量;B—粘滞摩擦系数;T l—负载转矩;p—微分算子.691 沈 阳 工 业 大 学 学 报第27卷2 基于Matlab 的PMSM 系统模型建立在Matlab615的Simulink 环境下,利用Sim 2PowerSystem Toolbox213丰富的模块库,在分析永磁同步数学模型的基础上,提出了建立永磁同步控制系统仿真模型的方法,系统设计框图如图1所示.图1 永磁同步电机控制系统的框图Fig.1 Block diagram of PMSM system 永磁同步电机的交轴电流直接由期望的转矩确定,从而式(8)变为式(10)i q =23T e p Ψf(10)一旦确定,控制量的选择就仅剩下确定直轴电流的期望值i d ,可以简单令i d =0,对于给定转矩,这将实现最小可能的电枢电流.永磁同步电机的控制与驱动是双闭环系统,根据模块化建模的思想,将图1所示的控制系统分割为功能独立的子模块,其中转速环由PI 调节器构成,电流环采用滞环控制产生三路基准信号,图2即为PMSM 建模的仿真建模整体控制框图.其中包括:PMSM 本体模块、dq 向abc 转换模块、三相电流源型逆变器模块、速度控制器模块等.通过这些功能模块的有机整合,就可在Mat 2lab/Simulink 中构建出PMSM 控制系统的仿真模型,并实现双闭环的控制算法,图中各功能模块的作用与结构简述如下.图2 永磁同步电机系统仿真建模控制框图Fig.2 Block diagram of the modeling and simulation for PMSM system211 PMSM 本体模块在整个控制系统的仿真模型中,PMSM 本体模块是最重要的部分.Matlab/Simulink 的Sim 2PowerSystem Toolbox213提供了按交直轴磁链理论建立的定子绕组按Y 型连接的PMSM 模块.PMSM 模块共有四个输入端,其中前三个输入端,分别为A 相、B 相、C 相输入端,第四个输入端为转矩输入端T l ,N ・m ,当T l >0时,为电动机模式;当T l <0时,为发电机模式.PMSM 模块输出量为测量输出向量,向量定义如下:1-3:定子相电流i a ,i b ,i c ,A ;4-5:定子电流,i d ,i q ,A ;6-7:定子电压u q ,u d ,V ;8:转子速度ωm ,rad/s ;9:转子位置角θ,rad ;10:电磁力矩T e ,N ・m .PMSM 的主要设置参数包括:定子电阻R ,Ω;交直轴定子电感L d ,L q ,H ;转子磁场磁通Φ,Wb ;转动惯量J ,kg ・m 2;粘滞摩擦系数B ,N ・m ・s ;电机的极对数p 等.212 dq 向abc 转换模块dq 向abc 转换模块主要是根据转子的位置角即图3中的θ,按照dq 变换的反变换公式产生三路基准信号,dq 变换的反变换公式如下i a i b i c =cos θ-sin θ1cos (θ-23π)-sin (θ-23π)1cos (θ+23π)-sin (θ-23π)1i d i q i 0(11)式中包含了零序分量,在对称三相条件下,没有零序分量,dq 向abc 转换结构框图如图3所示.dq 向abc 转换模块输出三路基准信号,该曲线的横坐标按转子位置标注,纵坐标按电流标注.三根曲线分别代表对应与转子的某一位置的三个绕组各自驱动电流瞬时值,通过矢量合成可知此刻的旋转磁场矢量的角度.791第2期杨 平等:基于Matlab 永磁同步电机控制系统建模仿真方法 图3 dq 向abc 转换结构框图Fig.3 Block diagram of dq to abc transformation213 三相电流源型逆变器模块三相电流源型逆变器模块是按照矢量控制理论,利用滞环电流控制方法,实现电流逆变控制.输入为三相参考电流和三相实际电流,输出为逆变器电压信号,模块结构框图如图4所示.图4 三相电流源型逆变器模块结构框图Fig.4 Three phase current source inverter controllerblock architecture 当实际电流i s 经过惯性环节1/Ts +1低于参考电流i sr 且偏差大于滞环比较器的环宽时,电机对应相正向导通,负向关断;当实际电流i s 经过惯性环节1/Ts +1超过参考电流i sr 且偏差大于滞环比较器的环宽时,对应相正向关断,负向导通.选择适当的滞环环宽,即可以实际电流不断跟踪参考电流的波形,实现电流闭环控制.214 速度控制器模块 速度控制模块的结构较为简单,如图5所示,参考转速和实际转速的差值为单输入项,三相参考相电流的幅值i qref 为单输出项.其中,K i 为PI 控制器中P (比例)的参数,K/T l 为PI 控制器中I (积分)的参数,Saturation 饱和限幅模块将输出的三相参考相电流的幅值限定在要求范围内.图5 速度控制模块结构框图Fig.5 Block diagram of speed controller3 仿真结果本文基于Matlab/Simulink 建立了PMSM 控制系统的仿真模型,并对该模型进行了PMSM 双闭环控制系统的仿真.PMSM 电机仿真参数设置为电机额定转速n N =1000r/min ,额定功率P N =800W ,额定电压U N =380V ,额定转矩T N =2N ・m ,定子相绕组电阻R =313Ω,交轴和直轴同步电感L d ,L q =815×10-3H ,转子磁通Ψf =01243Wb ,转动惯量J =018×10-3kg ・m 2.为了验证所设计的PMSM 控制系统仿真模型的静、动态性能,系统在t =0时刻,负载T l =T N =2N ・m 起动,可以得到转速响应曲线、转矩响应曲线、i a ,i b ,i c 相电流曲线分别如图6a 、b 、c 所示.从转速响应曲线可以看出,转速在起动之后,很快达到稳定值.在转矩响应曲线中,在起动时刻,电磁转矩T e 达到24N ・m ,但是很快稳定在设定值2N ・m ,并有轻微波动.i a ,i b ,i c 相电流曲线和转矩响应曲线有些相似,在开始时刻,电流值比较大,但很快达到设定值.图6 PMSM 仿真输出曲线Fig.6 Simulation waveforms of PMSM system a 1转速响应曲线 b 1转矩响应曲线 c 1相电流曲线891 沈 阳 工 业 大 学 学 报第27卷4 结 论本文在分析PMSM数学模型的基础上,提出了一种基于Matlab的PMSM控制系统仿真建模的方法,通过仿真结果可以看出系统能平稳运行,具有较好的静、动态特性.在此仿真模型基础上,可以十分便捷地实现、验证控制算法.因此,它为分析和设计PMSM控制系统提供了有效的手段和工具,也为实际电机控制系统的设计和调试提供了新的思路.参考文献:[1]张崇巍,李汉强.运动控制系统[M].武汉:武汉理工大学出版社,2002.(Zhang C W,Li H Q.Motion control system[M].Wuhan:Wuhan University of Technology Press, 2002.)[2]Charles K J.电机学(第六版)[M].刘新正译.北京:电子工业出版社,2004.(Charles K J.Electric machinery Sixth edition[M].Beijing:Publishing House of Electronics,2004.)[3]李三东,薛花.基于Matlab永磁同步电机控制系统的仿真建模[J].江南大学学报,2004,(2):115-120.(Li S D,Xue H.Modeling and simulation of PMSMcontrol system based on Matlab[J].Journal of S outhern Y angtze University,2004,(2):115-120.)[4]杨贵杰,孙力.无刷直流电动机直接驱动系统动态特性分析[J].电机与控制学报,2000,4(1):1-6.(Y ang G J,Sun L.Dynamic characteristics analysis of BLDCM direct drive system[J].Electric Machines and Control,2000,4(1):1-6.)[5]周渊深.交直流调速系统与Matlab仿真[M].北京:中国电力出版社,2004.(Zhou Y S.DC/AC drive system and simulation based on Matlab[M].Beijing:China Electric Power Press, 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