simulink带转矩内环的转速、磁链闭环控制的矢量控制
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。
基于Simulink／Powerlib交流异步电机矢量控制的仿真
发展及 交流 电机 具有结构 简单、 维护 方便、高容 量、 高 效率等优 点 ，特别是大 规模集成 电路和 计算机控
制 技 术 的发 展 ，高 性 能 交 流 调 速 系 统 应 运 而 生 ，使 交 流 变 频 和 调 速 系 统 的应 用 越 来 越 广 泛 【 ｌ 】 。 但 由于 交 流 电机 的模 型 是 一 个 高价 、 非 线 性 、强 耦 合 的多 变量 系统 ［ ２ ］ 以及 电力 传 动 系 统 的复 杂 性 ，使 得 对 它 的建 模 与 仿 真 一 直 是研 究 的热 点 。 目前 ，Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ逐 渐 发 展 成 为 一 个 集 数 值 分 析 、 图 像 处 理 、 信 号 处 理 、 数 学 建 模 、 动 态 仿 真 等 为 一
成 一 个 理 想 化 的两 极 电机 Ｊ 。图 １ ｆ ａ ） 是 三 相 交 流 异 步 电机 在 Ａ ＢＣ坐 标 系 中 的基 本 电机 模 型 。 其 中定 子 三 相 对 称 绕 组 分 别 用 、 、Ｃ表 示 ，转 子 三 相 对 称 绕 组分别用 ａ 、ｂ 、Ｃ表 示 ，定 子 相 与 转 子 ａ相 绕 组 轴 线 问 的夹 角 为 ， 定 子绕 组 静 止 不 动 ，转 子 绕
中图分 类 号 ：Ｔ Ｐ ２ ７ ３ 文 献标 志码 ：Ａ
Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｖｅ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ ＡＣ Ａｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｏ ｕ ｓ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ ／ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｌ ｉ ｂ
Ｋｅ ｖ ｗｏ ｒ ｄｓ ： ＡＣ ａ ｓ ｖ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｏ ｕ ｓ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ； ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ； ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ
基于MatlabSimulink的异步电机矢量控制系统仿真
基于MatlabSimulink的异步电机矢量控制系统仿真一、本文概述随着电力电子技术和控制理论的不断发展，异步电机矢量控制系统已成为现代电机控制领域的重要分支。
该系统通过精确控制异步电机的磁通和转矩，实现了对电机的高效、稳定和动态性能的优化。
Matlab/Simulink作为一种强大的仿真工具，为异步电机矢量控制系统的研究和设计提供了便捷的平台。
本文旨在探讨基于Matlab/Simulink的异步电机矢量控制系统仿真方法。
文章将简要介绍异步电机矢量控制的基本原理和关键技术，包括空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术、转子磁链观测技术以及矢量控制策略等。
详细阐述如何利用Matlab/Simulink搭建异步电机矢量控制系统的仿真模型，包括电机模型、控制器模型以及系统仿真模型的构建过程。
文章还将探讨仿真模型的参数设置、仿真过程以及仿真结果的分析方法。
通过本文的研究，读者可以深入了解异步电机矢量控制系统的基本原理和仿真方法，掌握基于Matlab/Simulink的仿真技术，为异步电机矢量控制系统的实际设计和应用提供有益的参考和借鉴。
本文的研究也有助于推动异步电机矢量控制技术的发展和应用领域的拓展。
二、异步电机基本原理异步电机，又称感应电机，是一种广泛应用于工业领域的电动机。
其基本原理基于电磁感应和电磁力作用。
异步电机主要包括定子（静止部分）和转子（旋转部分）。
定子通常由铁芯和三相绕组构成，而转子则可能由实心铁芯、鼠笼型或绕线型结构组成。
当异步电机通电时，定子绕组中的三相电流会产生旋转磁场。
这个旋转磁场与转子中的导体相互作用，根据法拉第电磁感应定律，会在转子导体中产生感应电动势和感应电流。
这些感应电流在旋转磁场的作用下，受到电磁力的作用，从而使转子产生旋转力矩，驱动转子旋转。
异步电机的旋转速度与定子旋转磁场的旋转速度并不完全同步，这也是其被称为“异步”电机的原因。
异步电机的旋转速度通常略低于旋转磁场的同步速度，这是由于转子导体的电感和电阻导致的电磁延迟效应。
Simulink仿真技术在“异步电机矢量控制变频调速”教学中的应用
ＡＲ 输出 转 节器ＡＲ 给 ＝ 则 带 内 的 Ｓ 的 作为 矩调 Ｔ 的 定Ｔ， 构成 转矩 环 转
速 、 链 闭 环 矢 量控 制 系 统 的结 构 图 如 图 １ 示 。 磁 所
图１ 异步 电机矢量控制调速系统的结构图 绝 大 部分 教 材 上关 于 “ 步 电机 矢 量 控制 变 频 调速 ” 异 内容 至 此 而止 。 而关于坐标变换具体实现方法 、 转速 、 转矩 、 磁链调节器的设计 、 矢量控 制变频 调速系统 的性能则不再述及 ，而且对这部分内容的课 堂教学也 仅仅限于传统 的“ 授 ＋ 讲 板书 ” 这种 教学模 式 ， 这种枯燥乏味而且缺乏 互动和直观感受的教学方法让学生总感觉到似懂非懂 、 似是而非 ， 总有 种意犹未尽的感觉。 对于这部分内容 ， 不但学生怕学， 而且老师也怕教。 ３基于 Ｓ ｌ ｋ ． ｉ ｉ 的异步电机矢量控制变频 调速 系统的仿真模型 ｍｕ ｎ 在今天的信息化 、 化时代 ， 网络 只有充分地运用各种现代化教育教 学手段 ， 不断改进教学方法 ， 才能满足信息化时代课堂教学 的需要 ， 提 高教学效果 ， 保证教学质量 。 Ｍ ｔ ｂ 将 ａａ 软件作为课堂教学的辅助教学手 ｌ 段就是教学改革的一个成功的典范。 笔 者 经 过 多 年 的 教 学 实 践 ， 用 Ｓｍｕｉｋ和 Ｓｍ Ｐｗ ｒ ｙｔｍ下 的 利 ｉ ｌ ｎ ｉ ｏ ｅ ｓ Ｓ ｅ 库元件搭建了一个异步 电机矢量控制变频调速系统的仿真模 型 ，并将 其成功地运用于矢量控制教学 中， 取得了 良好的教学效果。带转矩 内环 的异步电机矢量控制变频调速系统的仿真模型如图 ２ 所示 ，限于篇幅 具体建模过程不再详述。 ４异步 电机矢量控制变频调速系统 的性能分析 ． 为 了验 证 仿 真 模 型 的 正确 性 ，也 为 了对 矢 量 控 制 的有 效 性 和 系 统 性 能有更直观的认识， 我们进 行了如下仿真实验 ： 电机在空载情况下启 动 ， 定 转 速 为 ｎ＝１０ ｒ ｎ 当 ｔ １ ｓ ， 给 ＊ ０ ０／ ， ＝ ． 时 突加 负 载 转 矩 Ｔ＝ ０ ． ｍｉ ２ Ｌ１Ｎｍ。仿 真结果如图 ３ ～图 ５所示 。
基于MatlabSimulink的永磁同步电机矢量控制原理
[2] 孙亚树,周新云,李正明. 空间矢量 PWM 的 SIMULINK 仿真[J]. 农机化研究，2003， 4（2）：105-106.
[3] 熊 健. 空间矢量脉宽调制的调制波分析[J]. 电气自动化，2002，（2）：7-9. [4] 李永东. 交流电机数字控制系统[M]. 北京：机械工业出版社.2002. [5] 舒志兵, 等.交流伺服运动控制系统[M].北京：清华大学出版社.2006. [6] 范影乐. Matlab 仿真应用详解（第 2 版）[M]. 北京：人民邮电出版社
本文通过对电压空间矢量控制原理及算法的分析，得到了永磁同步电机的数学模型，运 用 Matlab/Simulink 软件，构建了永磁同步电机控制系统的模型，通过仿真结果可以看到系 统能平稳运行，具有良好的静、动态特性，仿真结果符合永磁同步电机的运行特性，也为实 际伺服系统的设计和调试提供了新的思路。 参考文献
图 2 三相 PWM 逆变器 逆变器共有 8 种工作状态，即 001、010、011、100、101、110、111、000。将其中 6 个非零的开关状态相电压值代入式（1.2），可得到 6 个空间电压矢量，如图 3 所示。
图 3 基本空间电压矢量 ２.2 零矢量的作用 在非零矢量作用的同时，插入零矢量的作用，让电机的磁链端点“走走停停”，这样可改 变磁链运行速度，使磁链轨迹近似为一个圆形，从而实现恒磁通变频调速。改变非零矢量的 作用时间与总的作用时间的比值，就改变了输出电压的频率，也改变了输出电压的幅值。 ３.3 空间电压矢量控制算法 上面我们提到，控制过程包括非零矢量和零矢量的作用，非零矢量用来控制磁通的轨迹， 而利用零矢量改变磁通的运行速度。 现在以 U1、U2 作用区间为例，根据电压和时间乘积平衡原理，可以得到任意一个参考 电压矢量 Ur。
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。
simulink永磁同步电机模块原理
simulink永磁同步电机模块原理
Simulink永磁同步电机（PMSM）模块的原理基于矢量控制。
矢量控制的
基本思想是模仿直流电机的磁场定向方式。
在Simulink的PMSM模块中，以转子磁链方向作为旋转坐标系的参考方向，将定子电流分解为与转子磁链同方向的定子电流励磁分量和与磁链方向正交的定子电流转矩分量。
这两个分量相互正交，分别采用控制器控制。
PMSM模块的工作原理可以细分为以下几个区域：
1. 恒转矩区：在此区域内，电机按最大扭矩电流比（MTPA）控制。
这个区间的电机运行受控制器最大电流的限制，电机输出最大恒定转矩。
此时电机产生的热量比较大。
2. 弱磁区Ⅰ：从基速到最大功率点转速的区间，电机的运行受到控制器最大电压和最大电流的限制。
在此区间内，电机可以按照恒功率输出。
在磁阻转矩的作用下，功率增加到最大功率点转速，但转矩是降低的。
此外，在小于基速的区域，由于反电动势接近控制器的最大电压，控制器电压达到饱和。
为了维持电压平衡并拓展转速，需要用允许的最小电流进行弱磁，消弱反电动势。
请注意，Simulink的PMSM模块在实际使用中可能需要根据具体的电机参数进行调整，以确保最佳的控制效果。
如需更多关于永磁同步电机（PMSM）模块的原理信息，建议请教电气工程专家或查阅相关文献资料。
毕业设计(论文)-磁链闭环控制变频调速系统仿真模型设计模板
目录中文摘要 (1)ABSTRACT (1)一、绪论 (1)1、引言 (1)2、交流调速技术概况 (3)3、完成的主要工作 (3)二、矢量控制系统的介绍 (4)1、异步电动机的数学模型概述 (4)2、矢量控制思想及原理 (6)(1)矢量控制技术思想 (6)(2)矢量控制的原理 (6)3、坐标变换 (8)(1)变换矩阵的确定原则 (8)(2)功率不变原则 (9)4、3S/2R 变换 (9)(1)三相/两相变换 (9)(2)两相/两相旋转变换 (10)三、仿真模型的建立 (11)1、MATLAB/SIMULINK简介 (11)2、带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统的构框图 (13)3、各个子模块模型 (13)(1)转速调节器模型 (13)(2)转矩调节器模型 (14)(3)磁链调节器模型 (14)(4)转矩观测器模型 (15)(5)磁链观测器模型 (15)(6)带滞环脉冲发生器模型（CHBPWM） (16)(7)dq_to_abc(2r/3s)和abc_to_dq(3s/2r)模型 (16)3、带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统仿真模型 (17)四、 SIMULINK 仿真 (18)1、参数设置 (18)(1)电动机参数 (18)(2)各调节器参数 (18)(3)各给定参数 (19)2、仿真结果 (20)(1)定子磁链轨迹 (20)(2)转矩调节器输出 (20)(3)输出转矩 (20)(4)转速响应 (21)(5)转速调节器输出 (21)(6)经2r/3s变换的三相电流给定波形 (22)(7)Uab (22)3、分析 (23)五、结论 (23)致谢 (24)参考文献 (24)磁链闭环控制变频调速系统仿真模型设计重庆工商大学自动化专业 2008级自动化1班马永祥指导教师：中文摘要：该文对带转矩内环转速、磁链闭环矢量控制系统进行研究及仿真。
利用MATLAB/SIMULINK工具，构建了异步电动机矢量控制系统的仿真模型以及对各个主要模块的仿真模型，利用3/2变换计算出相电流。
基于matlab／simulink的异步电动机双闭环控制仿真
基于matlab／simulink的异步电动机双闭环控制仿真调压调速是电动机双闭环控制的本质，这种调速方法可实现电动机起动时磁链上升过程更加平滑稳定，其反馈控制可提高系统的抗干扰性能及定位精度。
文章对异步电动机的调速系统进行了研究，使用MATLAB/SIMULINK工具分别对双闭环调速系统进行建模和仿真。
仿真结果表明双闭环调速系统具有良好的动态、静态性能，电机起动过程平稳、动态响应效果好，另外，文章中的一些仿真模块修改后也同样可以用于其它控制系统中，方便、灵活，可移植性较强。
标签：异步电动机；simulink；双闭环控制引言MATLAB是美国Math Works公司推出的一套高性能的数值计算和可视化软件，集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的系统仿真和平台。
MATLAB的推出得到了各个领域的广泛关注，其强大的扩展功能为各个领域的应用提供了基础[1-3]。
其中Simulink工具箱，不同于其他软件，它具有多种特性，如高度模块化：各个模块具有丰富的功能；可视化：用户能够通过软件直接看到所需控制系统。
可封装：可自行设置各种参数。
用户只需从模块库中选择合适的模块，并组合在一起即可实现系统的仿真，简单易操作[4]。
本文主要简单介绍了如何利用Simulink工具箱来建立异步电动机的双闭环仿真模型的方法和步骤，并对控制系统的动静态特性进行了仿真和分析。
1 双闭环控制系统的基本原理转矩内环的转速控制以及矢量控制的电气原理如图1所示，其中，电流滞环控制型逆变器是电路的主要控制方式。
对于控制电路，矩阵控制的关键在于速度调节器对转矩的控制，速度环的输出前加了转矩内环，与此同时转矩会产生一个反馈信号及时反馈给转速调节器。
电机的定子的控制主要是通过对电路中磁链调节器的控制输出，并對电流和磁链分别施加了控制环节。
磁链调节器和转矩调节器的输出分别是定子电流的转矩分量ist*和励磁分量ism*。
带转矩内环的转速、磁链闭环控制的矢量控制系统原理分析及MATLAB仿真
带转矩内环的转速、磁链闭环控制的矢量控制系统原理分析及MATLAB仿真摘要因为异步电动机的物理模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，需要用一组非线性方程组来描述，所以控制起来极为不便。
异步电机的物理模型之所以复杂，关键在于各个磁通间的耦合。
如果把异步电动机模型解耦成有磁链和转速分别控制的简单模型，就可以模拟直流电动机的控制模型来控制交流电动机。
直接矢量控制就是一种优越的交流电机控制方式，它模拟直流电机的控制方式使得交流电机也能取得与直流电机相媲美的控制效果。
本文研究了矢量控制系统中磁链调节器的设计方法。
并用MATLAB最终得到了仿真结果。
关键词：矢量控制，MATLAB仿真目录前言 (1)第1章矢量控制的基本原理 (2)1.1 坐标变换的基本思路 (2)1.2 矢量控制系统结构 (3)第2章转速、磁链闭环控制的矢量控制系统 (5)2.1 带磁链除法环节的直接矢量控制系统 (5)2.2 带转矩内环的直接矢量控制系统 (6)第3章控制系统的设计与仿真 (7)3.1 矢量控制系统的设计 (7)3.2 矢量控制系统的仿真 (9)结论 (20)参考文献 (21)附录 (22)前言矢量控制是一种优越的交流电机控制方式，它模拟直流电机的控制方式使得交流电机也能取得与直流电机相媲美的控制效果。
本文研究了矢量控制系统中磁链调节器的设计方法。
首先简单介绍了矢量控制的基本原理，给出了矢量控制系统框图，然后着重介绍了矢量控制系统中磁链调节器的设计和仿真过程。
仿真结果表明调节器具有良好的磁链控制效果。
因为异步电动机的物理模型是一个高阶、非线性、强耦合、的多变量系统，需要用一组非线性方程组来描述，所以控制起来极为不便。
异步电机的物理模型之所以复杂，关键在于各个磁通间的耦合。
直流电机的数学模型就简单多了。
从物理模型上看，直流电机分为空间相互垂直的励磁绕组和电枢绕组，且两者各自独立，互不影响。
正是由于这种垂直关系使得绕组间的耦合十分微小、，我们可以认为磁通在系统的动态过程中完全恒定。
转速磁链闭环控制的矢量控制系统直接矢量控制系统
带转速和磁链闭环控制的矢量控制系统又 称直接矢量控制系统。 下图中，作为直接矢量控制系统的一个示 例，主电路采用了电流滞环跟踪控制的 CHBPWM变频器。
• 系统组成
微型计算机
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电流变 换和磁 链观测
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电流滞环型PWM变频器
带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统
• 工作原理 转速正、反向和弱磁升速， 磁链给定信号由函数发生程序获得。 转速调节器ASR的输出作为转矩给定信 号，弱磁时它还受到磁链给定信号的控 制。 在转矩内环中，磁链对控制对象的影响 相当于一种扰动作用，因而受到转矩内 环的抑制，从而改造了转速子系统，使 它少受磁链变化的影响。
基于SIMULINK的永磁同步电机矢量控制系统仿真
THE WORLD OF INVERTERS《变频器世界》」anuary,2021基于SIMULINK的永磁同步电机矢量控制系统仿真Simulation of Vector Control System of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on SIMULINK浙江东方机电有限公司艾建兵（Ai J ia n b in g)胡永俊（Hu Y o n g ju n)吴金富（Wu Jinfu)摘要：根据永磁同步电机在A-B-C三相坐标系和d-q两相旋转坐标系下的数学模型，介绍了矢量控制的基本原理，然后在M A T L A B中利用S IM U LIN K仿真平台搭建永磁同步电机矢量控制系统进行仿真，并对该系统进行实验验证。
仿真实验验证的结果表明：该系统的正确性和良好的控制性能，为永磁同步电机矢量控制系统的设计提供了良好的理论基础。
关键词:永磁同步电机；矢量控制；仿真Abstract:A ccording to the m athem atical m odel o f perm anent m agnet synchronous m otor in ABC th re e-p h a s e coordinate system and d-q tw o-p h a se rotating coordinate system, the basic principle o f vector control is introduced. And then the ve cto r control system o f perm anent m agnet synchronous m otor is built in MATLAB using SIMULINK sim ulation platform fo r sim ulation. And the system is verified experim entally. The results o f the sim ulation and experim ental verification show th a t the correctness and good control perform ance o f the system provide a good theoretical basis fo r the design o f the vector control system o f the perm anent m agnet synchronous motor. Keywords:P erm anent m agnet synchronous motor; V ector control; Sim ulation【中图分类号】T M341【文献标识码】B【文章编号】1561-0330(2021)01-0083-041引言永磁同步电机因具有高性能、高工作密度、良好的控制特性和较高的可靠性等优点，现已广泛应用于工业生产、日常生活、仪器控制等众多高性能调速系统[1_2]中。
带转矩内环的转速、磁链闭环控制的矢量控制系统原理分析及MATLAB仿真
带转矩内环的转速、磁链闭环控制的矢量控制系统原理分析及MATLAB仿真摘要因为异步电动机的物理模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，需要用一组非线性方程组来描述，所以控制起来极为不便。
异步电机的物理模型之所以复杂，关键在于各个磁通间的耦合。
如果把异步电动机模型解耦成有磁链和转速分别控制的简单模型，就可以模拟直流电动机的控制模型来控制交流电动机。
直接矢量控制就是一种优越的交流电机控制方式，它模拟直流电机的控制方式使得交流电机也能取得与直流电机相媲美的控制效果。
本文研究了矢量控制系统中磁链调节器的设计方法。
并用MATLAB最终得到了仿真结果。
关键词：矢量控制，MATLAB仿真目录前言 (1)第1章矢量控制的基本原理 (2)1.1 坐标变换的基本思路 (2)1.2 矢量控制系统结构 (3)第2章转速、磁链闭环控制的矢量控制系统 (5)2.1 带磁链除法环节的直接矢量控制系统 (5)2.2 带转矩内环的直接矢量控制系统 (6)第3章控制系统的设计与仿真 (7)3.1 矢量控制系统的设计 (7)3.2 矢量控制系统的仿真 (9)结论 (20)参考文献 (21)附录 (22)前言矢量控制是一种优越的交流电机控制方式，它模拟直流电机的控制方式使得交流电机也能取得与直流电机相媲美的控制效果。
本文研究了矢量控制系统中磁链调节器的设计方法。
首先简单介绍了矢量控制的基本原理，给出了矢量控制系统框图，然后着重介绍了矢量控制系统中磁链调节器的设计和仿真过程。
仿真结果表明调节器具有良好的磁链控制效果。
因为异步电动机的物理模型是一个高阶、非线性、强耦合、的多变量系统，需要用一组非线性方程组来描述，所以控制起来极为不便。
异步电机的物理模型之所以复杂，关键在于各个磁通间的耦合。
直流电机的数学模型就简单多了。
从物理模型上看，直流电机分为空间相互垂直的励磁绕组和电枢绕组，且两者各自独立，互不影响。
正是由于这种垂直关系使得绕组间的耦合十分微小、，我们可以认为磁通在系统的动态过程中完全恒定。
simulink带转矩内环的转速、磁链闭环控制的矢量控制
带转矩内环得转速、磁链闭环控制得矢量控制１ 矢量控制系统得设计以典型Ｉ型系统来设计为了将系统开环传递函数表示成典型Ｉ型系统得形式,磁链调节器设计为一个PI 调节器与一个惯性环节串联,即其中、、待定。
于就是磁链闭环得开环传递函数为 。
当取=时,整理可得)1()1(1111)(ααααT s s T T L K s T s T L K T L s T s T s T K s G r mdp r md p r md i i p+=+=+•+•+=…(7),显然这就是典型I 型系统得开环传递函数形式。
为了便于仿真,假设电机参数如下:定子互感与转子互感:L_m=34、７e-３ 定子电阻:R ＿s=0、087 转子电阻:R_ｒ＝0、228定子漏感与转子漏感:Ｌ_ｌr=L_ls=０。
８e －３ 极对数:n_p=2转动惯量:J=１。
6６2 转子磁链:Ｐｓｉ_r=１ 代入上述数值到Ｇ(s)可得。
易知该I 型系统得阻尼比与振荡频率有如下关系:…(8)。
若今要求磁链调节曲线超调量、调节时间、根据自动控制理论,一旦超调量与调整时间确定了,典型I 型系统得特征参数与可由确定,于就是可解得=0.69０1、=6２、６483,再将与代入(8)式解得、=0.0１16,＝２02。
77, =0。
231６图５转子磁链得开环传递函数波特图2 矢量控制系统得仿真在ＭATLAB下作系统仿真模型,如图６所示。
图６MATLAB下作系统仿真模型各个子模块得仿真模型如图7～12所示:图7电流滞环脉冲发生图8按转子磁链定向得转子磁链电流模型图9 磁链调节器得模型图１０转速调节器得模型图11 转矩调节器得模型图12 generation 仿真结果如图１3—23:ﻩﻩﻩﻩ图13A相电流波形ﻩﻩ图１４ｉSq 图形图１5 iSd图形图１6转速输出图形图17 经2r/3s变换得三相电流给定波形图18 转速调解器输出图1９转矩调节器输出图２0磁链调节器AｐｓiR输出图2１定子磁链轨迹图22 转矩—转速曲线ﻩﻩ图２3 电动机输出转矩下面对本例做出简单得分析与说明:带转矩内环得转速,磁链闭环矢量控制系统得主电路采用电流滞环控制型逆变器、在控制电路中,在转速环后增加了转矩内环,转速调节器AＳR得输出就是转矩调节器ＡTR 得给定Te＊,而转矩得反馈信号Te,则通过矢量控制方程计算得到。
矢量控制交流电动机调速系统的Simulink仿真
矢量控制交流电动机调速系统的Simulink仿真尚丽【摘要】根据闭环控制和矢量控制的电气工作原理,基于模块化设计思想,利用Matlab/Simulink软件实现了按转子磁场定向的矢量控制异步电动机转速闭环调速系统的仿真建模,主要讨论异步电动机逆变器模块、矢量控制模块、三相/两相坐标系变换及其逆变换模块、转速调节模块、磁链计算模块、电流滞环脉宽调制(PWM)调节模块等的建模及其参数设置,并给出相应的仿真波形.仿真结果验证交流电动机矢量控制的优越性,使得学生对矢量控制复杂的理论知识有了更加直观的认识和理解,同时对矢量控制技术在运动控制系统领域的工程应用也具有一定的借鉴意义.【期刊名称】《苏州市职业大学学报》【年(卷),期】2019(030)002【总页数】10页(P27-36)【关键词】交流电动机(AC);矢量控制;转子磁场定向控制;坐标变换;电流滞环PWM 调节;Simulink仿真【作者】尚丽【作者单位】苏州市职业大学电子信息工程学院,江苏苏州 215104【正文语种】中文【中图分类】TP391变频调速是现代异步电动机交流调速系统中最主要的调速方式[1-3]。
但是，在三相静止坐标系下的异步电动机的动态数学模型具有高阶非线性的多变量强耦合特征，常用的恒压频比控制、转差频率控制的变频调速方法静态性能较好，但在动态特性、低速转矩特性方面，仍不如直流电动机[1-3]，故其应用范围受到限制。
而交流电动机结构简单、应用广泛、维护方便而高效的优点又远优于直流电动机，因此，随着交流调速技术的发展，矢量控制异步电动机变频调速方法便应运而生[4-6]，该方法最早由德国学者K.Hass和F.Blaschke在20世纪70年代提出，其实际是一种解耦和控制，目的是把复杂的异步电动机数学模型等效为直流电动机的数学模型，简单方便地实现异步电动机的变频调速。
经过多年发展，矢量控制技术已比较成熟[7-9]，目前较典型的有转差频率矢量控制、气隙磁场定向的矢量控制、定子(转子)磁场定向的矢量控制等。
基于MatlabSimulink的异步电机矢量控制系统仿真
基于Matlab/Simulink 的异步电机矢量控制系统仿真摘要在异步电机的数学模型分析中以及矢量控制系统的基础之上，利用Matlab/Simulink运用建立模块的思想分别组建了坐标变换模块、PI调节模块、转子磁链个观测模块、SVPWM等模块，然后将这些模块有机的结合，最后构成了异步电动机矢量控制的仿真模块，并且进行了仿真验证。
仿真结果分别显示了电机空载与负载情况下转矩、转速的动态变化曲线，验证了该方法的有效性、实用性，为电机在实际使用中打下了坚实的基础。
本文主要研究异步电机在矢量控制下的仿真。
使用Matlab/Simulink中的电气系统模块(PowerSystem Blocksets)将其重组得到新的模型并对其仿真，最后分析仿真结果得出结论。
关键词: 异步电机矢量控制 MATLAB/SIMULINK 变频调速目录摘要 (I)Abstract......................................................................................... 错误!未定义书签。
1 绪论 (1)1.1 电机及电力拖动技术的发展概况 (1)1.2 异步电动机的控制技术现状................................................. 错误!未定义书签。
1.3 仿真软件的简介及其选择..................................................... 错误!未定义书签。
1.4 论文的主要内容及结构安排................................................. 错误!未定义书签。
2 异步电动机的数学模型 (4)2.1 异步电动机的稳态数学模型 (4)2.2 异步电动机的动态数学模型 (5)2.3 本章小结 (7)3 矢量控制系统基本思路 (8)3.1 矢量控制的基本原理 (8)3.2 坐标变换 (9)3.3SVPWM调制 (21)3.3本章小结 (11)4 异步电机矢量控制系统仿真 (14)4.1矢量控制系统模型 (14)4.2仿真结果与分析 (15)4.5本章小结 (17)5结论与展望 (18)5.1结论 (18)5.2后续研究工作的展望 (19)参考文献 ....................................................................................... 错误!未定义书签。
MATLAB_SIMULINK永磁同步电机矢量控制系统仿真
18
吉 林 大 学 学 报 (信 息 科 学 版 )
第 27卷
大范围调速或定位控制 , 因此永磁同步电机矢量控制系统引起了国内外学者的广泛关注 [2 ] 。笔者在 MATLAB / SIMUL INK环境下 , 对永磁同步电机矢量控制系统进行仿真 , 为实际系统的设计与实现提供新 思路 。
目前 , 有大 量 的 界 面 友 好 、基 于 PC 机 仿 真 程 序 可 用 于 电 力 电 子 系 统 的 研 究 , 如 SIMUL INK, PSP ICE, SABEREM TP, SIMNON , ACSL等 , 但在电力电子与电力传动中 , M ath Works公司提供的基于 MATLAB 平台下的 SIMUL IK是最常用的一种 , 系统仿真使用了 MATLAB 平台下的 Sim PowerSystem s和 SimM echanics, 建模及仿真更方便和快捷 [ 3 ] 。
Lq Ld
w
r
iq
(1)
d dt
iq
=
1 Lq
vq
-
R Lq
iq
+
Ld Lq
w
r
id
- λwd
Lq
Te = 115p [λiq + (Ld - Lq ) id iq ]
(2)
其中 Lq , Ld 为 q, d轴的电感量 ; w r 为转子角速度 ; R 为定子内阻 ; iq , id 为 q, d 轴方向的电流分量 ;
g端用于控制内部三对桥路的导通情况三相输出c可直接接入电机模型的三相输入端口为直流电压输入仿真时设为300permanentmagnetsynchronousmachine是依据0坐标系下建立的永磁同步电机和直流无刷电机数学仿真模型可以处于电动和发电两种状态提供了转子转角速度定子电流和电磁转矩参数为实现永磁同步电机的矢量控制仿真实验提供了有利条件simulink环境下仿真时采样周期仿真时间0012type为fixed2stepsolver为discretcontinuousstatesperiodesamp227卷ietimeconstraint为unconstrainedfixed2stepsizefundamentalsampietimestaskingmodepe2riodicsampletime为auto1永磁同步电机仿真模型fig11simulationmodelpmsm211调节器经过多次仿真实验在速度调节中只单纯采用pi调节效果并不理想为此提出了采用分段pi速度调节的方法即根据误差量的大小分段确定参数
基于MATLAB_Simulink的永磁同步电机矢量控制
式中， ω c 为电流控制系统的开环穿越角频率 ； K ip 为电流控制器的比例系数； L 为定子电感。 Jω c K ωp = ω KT
{
1 K ωi = ωω
（ 9）
K ωp 为速度控制器比例系数； K wi 为速度控制器积分系数； ω ωc 为速度控制器开环穿越角频率 （ 取值为 ω c 式中， 的几分之一） ； ω ω 为速度控制器的转折角频率（ 取值为 ω ω ≤ω c /5 ） 。 K ωp 由式（ 8 ） 可计算出 ω r = 1 330 ， 取 ω ωr = 300 ， ω ω = 20 ， 由式 （ 9 ） 可得 PI 速度控制器比例、 积分系数分别为 = 0． 22 ， K ωi = 0． 05 。按照上述方法设计出的 PI 速度控制器如图 3 所示。
图3
PI 速度控制器模块
iB 、 i C 经过 clarke 变 图 4 是坐标变换模块结构图。该模块的作用是将从电机定子检测到的三相电流 i A 、 park 变换得到转子电流 i d 、 i q 。相应的坐标变换方程如下： 换、 I d = 2 I a × sin（ ωt） + I b × sin ωt － 2 π + I c × sin ωt + 2 π 3 3 3 2π 2π 2 I q = 3 I a × cos（ ωt） + I b × cos ωt － 3 + I c × cos ωt + 3 I0 = 1 （ I a + I b + I c ） 3
1
永磁同步电机的数学模型
数学模型是描述实际系统性能和各物理量之间关系的数学表达式 。控制对象的数学模型应当能够准确 反应被控系统的静态和动态特性 ， 其准确程度是控制系统动、 静态性能好坏的关键。 对于永磁同步电机这类 强耦合的非线性系统， 它的数学模型是分析电机性能， 实现力矩和转速控制的理论基础。 本文描述了永磁同 ［1 － 2 BC ） 下的数学模型 ］， 步电动机在三相静止坐标系（ A对电机作如下假设： （ 1 ） 忽略铁芯的饱和现象。 （ 2 ） 忽略电机绕组的漏感。 （ 3 ） 转子绕组无阻尼。 （ 4 ） 不计涡流和磁滞损耗。 （ 5 ） 忽略磁场的高次谐波， 定子绕组的电流在气隙中只产生正弦分布的磁势 。 BC ） 下的电压模型为 永磁同步电动机三q + pψ q + ω r ψ f
转速磁链闭环控制的矢量控制系统原理分析和MATLAB仿真
转速磁链闭环控制的矢量控制系统原理分析和MATLAB仿
真
摘要
本文主要对磁链闭环控制的矢量控制系统原理分析和matlab仿真进行了详细分析。
基于三相谐波共模谐振抑制和磁链预测控制策略，通过运用matlab软件建立磁链闭环控制的矢量控制模型，并对模型进行仿真，得到了较为满意的仿真结果。
通过仿真，可以看出采用磁链闭环控制的矢量控制系统的机械转速和电流平稳性良好、动态响应速度快，能够有效地抑制谐波共模谐振、减少谐波污染，较好地满足局部负载电流变化快速、机械转速稳定效果，在实际应用中具有很好的效果和可行性。
关键词：矢量控制；磁链；闭环控制；谐波抑制；matlab仿真
1绪论
矢量控制技术是一种新兴的电力电子技术，它能够有效地保证负载电流的敏感性和机械转速的稳定性。
采用矢量控制技术可以提高调速系统的运行精度、可靠性和稳定性，能够有效地抑制谐波共模谐振，减少谐波污染，降低发电机拖动机械转速的振荡幅度，从而满足局部负载电流变化快速、机械转速稳定的要求。
磁链技术应用于矢量控制中可以有效地提高系统的控制性能，实现局部负载电流变化快速和机械转速稳定的要求。
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.
带转矩内环的转速、磁链闭环控制的矢量控制
1 矢量控制系统的设计
以典型I 型系统来设计为了将系统开环传递函数表示成典型I 型系统的形式，磁链调节器设计为一个PI 调节器与一个惯性环节串联，即
1
1
1)()()(+•+=•=s T s T s T K S G S G S G i i p ine PI R A αψ其中p K 、
i T 、i T α待定。
于是磁链闭环的开环传递函数为
1
11
1)(+•+•+=r md i i p
T L s T s T s T K s G α。
当取i T =r T 时，整理可得 )
1()
1(111
1)(α
α
ααT s s T T L K s T s T L K T L s T s T s T K s G r md
p r md p r md i i p
+=+=+•+•+=…（7），显然这是典型I 型系统的开环传递函数形式。
为了便于仿真，假设电机参数如下：
定子互感和转子互感：L_m=34.7e-3 定子电阻：R_s=0.087 转子电阻：R_r=0.228
定子漏感和转子漏感：L_lr=L_ls=0.8e-3 极对数：n_p=2 转动惯量：J=1.662 转子磁链：Psi_r=1
代入上述数值到G(s)可得
)
1(2245
.0)1(2316.0052.0)1()(α
α
ααααT s s T K T s s T K T s s T T L K s G p
p
r md
p +=+=+=。
易知该I 型系统
.
.
的阻尼比ξ和振荡频率n ω有如下关系：⎪⎪⎩
⎪
⎪⎨⎧
==ααωξωT K T p
n n 2245.0122…
（8）。
若今要求磁链调节曲线超调量%5=p σ、调节时间
)02.0(1.0=∆=s t s 。
根据自动控制理论，一旦超调量和调整时间确定了，典型I 型系统的特征参数ξ和n ω可由
⎪⎪⎪
⎩
⎪
⎪⎪⎨⎧
-+=
-+-=s n p p t ξξωσσπσξ22
11
ln 4)10ln 2100(ln 100ln 10ln 2确定，于是可解得ξ=0.6901、n ω=62.6483，再将ξ和n ω代入（8）式解得i T 、
αT =0.0116，p K =202.77， r T =0.2316
.
. 图5 转子磁链的开环传递函数波特图
2 矢量控制系统的仿真
在MATLAB下作系统仿真模型，如图6所示。
.
. 图6 MATLAB下作系统仿真模型
各个子模块的仿真模型如图7~12所示:
.
图7电流滞环脉冲发生
图8按转子磁链定向的转子磁链电流模型.
.
图9 磁链调节器的模型
图10 转速调节器的模型
图11 转矩调节器的模型.
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. 图12 generation
仿真结果如图13—23:
.
. 图13 A
相电流波形图14 iSq 图形
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图15 iSd图形
图16 转速输出图形.
.
. 图17 经
2r/3s变换的三相电流给定波形图18 转速调解器输出
.
. 图
19 转矩调节器输出
图20 磁链调节器ApsiR输出
.
. 图
21 定子磁链轨迹图22 转矩—转速曲线
.
. 图23 电动机输出转矩
下面对本例做出简单的分析与说明：
带转矩内环的转速，磁链闭环矢量控制系统的主电路采用电流滞环控制型逆变器。
在控制电路中，在转速环后增加了转矩内环，转速调节器ASR的输出是转矩调节器ATR的给定Te*,而转矩的反馈信号Te，则通过矢量控制方程计算得到。
电路中的磁链调节器ApsiR用于对电动机的定子磁链的控制，并设置了电流变换和磁链观测环节，ATR和ApsiR 的输出分别是定子电流的转矩分量i*st和励磁分量i*sm。
i*st,i*sm经过2r/3s变换后得到三相定子电流的给定值i*sA,i*sB,i*sC,,并通过电流滞环控制PWM逆变器控制电动机定子的三相电流。
带磁链和转矩闭环的矢量控制系统仿真模型如图6所
.
示。
期中直流电源DC，逆变器inverter,电动机motor和电动机测量模块组成了模型的主电路，逆变器的驱动信号由滞环脉冲发生器模块产生。
三个调节器ASR,ATR和ApsiR均是带输出限幅的PI调节器。
转自磁链观测采用二相同步旋转坐标系上的磁链模型，函数模块Fcn用于对转矩的计算，dq0-to-abc模块用于2r/3s的坐标变换。
调节器的参数见附录，模型的仿真算法为ode23tb.
在给定转速为1400r/min，空载起动，在0.6s是加载60N·m，系统的仿真结果如前图所示。
在波形中可以看到，在矢量控制下，转速上升平稳，加载后稍有下降但随即恢复，在0.35s达到给定转速时和0.6s加载时，系统调节器和电流，转矩都有相应的响应。
由于ATR和ApsiR都是带限幅的PI 调节器，在起动中俩个调节器都处于饱和限幅状态，因此定子电流的转矩和励磁分量都保持不变，定子的给定值i*sA,i*sB,i*sC也不变，所以在起动的过程中，定子电流基本保持不变实现了恒电流起动。
由图可以看出，在起动阶段，磁场的建立过程比较平滑，磁链呈螺旋形增加，同时电动机转矩不断上升；而不带磁链调节器时，起动初期磁链轨迹波动较大，也引起了转矩的大幅度波动。
从转矩—转速曲线也可以看到，带磁链调节器的系统起动转矩较大。
.
附 录
仿真参数一览表：
电动机选择：380V 、50Hz 、两对磁极
Ω=435.0s R mH L s 002.01=
Ω=816.0r R mH L r 002.01= mH L m 069.0=
219.0m kg J ⋅=
逆变器电源为510V
定子绕组自感mH L L L s m s 071.0002.0069.01=+=+= 转子绕组自感mH L L L r m r 071.0002.0069.01=+=+= 漏磁系数056.0/12=-=r s m L L L σ
转子时间常数087.0816.0/071.0/===r r r R L T PI 调节器参数。