圆筒型永磁直线同步电机矢量控制系统仿真

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永磁同步电机矢量控制仿真

电压空间矢量PWM技术三相电动机由三相对称正弦交流电源供电时
u= d(f me i wt ) dt = j wf me i wt = wf me
i ( wt + p 2)
该式说明，当磁链幅值一定时,U的大小ω与成正比，或者说供电电压与频率成正比，其方向是磁链轨迹方向的切线方向。当磁链矢量在空间旋转一周时，电压矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动2π弧度，其运动轨迹与磁链圆重合。这样，电动机旋转磁场的形状问题就可转化为电压空间矢量运动轨迹的形状问题来讨论。 SVPWM也称作磁链轨迹法，从原理上讲，把电动机与PWM逆变器看作一体，着眼于如何使电机获得幅值恒定的圆形磁场，当电机通以三相对称正弦电压时，交流电机内产生圆形磁链，SVPWM以此圆形磁链为基准，通过逆变器功率器件的不同开关模式产生有效电压矢量来逼近基准圆，即用多边形来逼近圆形。 SVPWM法则由三相逆变器不同的开关模式所产生的实际磁链矢量去逼近基准磁链圆，并由它们比较的结果决定逆变器的开关状态，形成PWM波形。
1．详细分析了永磁同步电机的数学模型，通过对数学模型的分析，明确了永磁同步电机的电磁约束关系，为分析永磁同步电机的运动规律和研究高性能的控制决策提供理论基础。 2．在分析数学模型的基础上，建立了永磁同步电机的矢量控制系统，论述了矢量控制的实现方法。 3．SVPWM的产生是实现矢量控制的关键，详细分析了 SVPWM的原理以及实现方法。 4．对整个系统进行了仿真，在MATLAB中建立了基于 SVPWM的永磁同步电机控制系统的仿真模型。
本控制系统采用的是令id=0，此时转矩和iq成线性关系，只要控制iq即可达到对转矩的控制，其矢量控制仿真结构图如下：
空间电压矢量图
X Y Z判断ຫໍສະໝຸດ 扇区判断计算T1、T2

永磁同步电动机矢量控制调速系统建模与仿真

永磁同步电动机矢量控制调速系统建模与仿真第1章引言随着电动机在社会生产中的广泛应用，电机研究成为必不可少的研究课题。

电动机是生产和生活中最常见的设备之一，电动机一般分为直流电动机和交流电动机两大类。

交流电动机的诞生已经有一百多年的历史。

交流电动机又分为同步电动机和感应(异步)电动机两大类。

直流电动机的转速容易控制和调节，在额定转速以下，保持励磁电流恒定，通过改变电枢电压的方法实现恒转矩调速；在额定转速以上，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。

20世纪80年代以前，在变速传动领域，直流调速一直占据主导电位。

随着交流调速技术的发展使交流电机的应用更加广泛，但是其转矩控制性能却不如直流电机。

因此如何使交流电机的静态控制性能与直流系统相媲美，一直是交流电机的研究方向。

1971年，由F．Blaschke提出的矢量控制理论第一次使交流电机控制理论获得了质的飞跃。

矢量控制采用了矢量变换的方法，通过把交流电机的磁通与转矩的控制解耦使交流电机的控制类似于直流电动机。

矢量控制方法在实现过程中需要复杂的坐标变换，而且对电机的参数依赖性较大。

矢量控制的基本思想是在普通的三相交流电动机上设法模拟直流电动机转矩控制的规律，在磁场定向坐标上，将电流矢量分解成为产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量，并使得两个分量互相垂直，彼此独立，然后分别进行调节。

这样交流电动机的转矩控制，从原理和特性上就和直流电动机相似了。

永磁同步电机（PMSM）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Simulink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。

第2章电压空间矢量技术的基本原理PWM 控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲序列，并通过控制电压脉冲宽度或周期以达到变频、调压及减少谐波含量的一种控制技术。

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AbstractFirstly,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.Key words:PMSM Vector Control SPWM CHBPWM SVPWM Simulation目录摘要 (I)1 引言 (1)2 永磁同步电动机的数学模型 (1)2.1 永磁同步电动机的简介 (1)2.2 矢量控制原理 (2)2.2.1 矢量控制的基本原理 (2)2.2.2 矢量控制中的坐标变换 (2)2.2.3 矢量控制的磁链定向方式 (3)2.3 永磁同步电动机在dq0坐标系下的数学模型 (3)3 同步电动机变压变频(VVVF)调速系统 (4)3.1 同步电动机变压变频调速的特点及基本类型 (4)3.2 永磁同步电动机自控变频调速系统 (5)4 永磁同步电动机矢量控制调速系统Matlab/Simulink仿真 (6)4.1 基于SPWM技术的PMSM矢量控制调速系统 (6)4.2 基于CHBPWM技术的PMSM矢量控制调速系统 (6)4.2.1 电流滞环跟踪PWM（CHBPWM）控制技术 (6)4.2.2 CHBPWM-PMSM矢量控制调速系统仿真模型 (7)4.2.3 CHBPWM-PMSM矢量控制调速系统性能分析 (9)4.3 基于SVPWM技术的PMSM矢量控制调速系统 (15)4.3.1 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术 (15)4.3.2 SVPWM-PMSM矢量控制调速系统仿真模型 (20)4.3.3 SVPWM-PMSM矢量控制调速系统性能分析 (21)4.4 本章小结 (22)5 总结与展望 (23)参考文献 (24)永磁同步电动机矢量控制调速系统Simulink仿真1 引言随着技术的飞速发展，人们的生活水平提高，各种自动化调速系统在人们生产生活中的应用不断增多，且使用环境也日益复杂，直流调速系统由于其结构复杂、制造困难、成本高等缺点日渐难以满足各种生产生活的要求。

【精品】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。

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。

永磁同步电动机功率因数的仿真分析---矢量控制系统模型【文献综述】

毕业设计开题报告电气工程及其自动化永磁同步电动机功率因数的仿真分析---矢量控制系统模型1前言部分由于电力电子器件的发展不断加快，和稀土永磁材料的性能的不断提高，永磁同步电动机的研究也进入了一个新的阶段。

永磁同步电动机是一个利用永磁体建立磁场的小功率的同步电动机。

它的定子可以产生旋转磁场，转子是用永磁材料制成的。

永磁同步电动机具有较高的功率因数和效率，同时具备着不同于其他的异步起动能力。

在控制系统模型上，永磁同步电动机和感应电动机基本上相似。

通过给定转速与实际电机转速比较的PI调节闭环控制，从而实现转速与给定无偏差[1]。

电力网中的电力负荷有电动机、变压器等等，它们是电感性负载。

电感性负载的电压和电流相量之间存在着相位差，用余弦cosφ来表示。

而cosφ就被称作功率因数。

功率因数和效率一样，都是永磁同步电动机里有实用价值的特征指标。

功率因数显示各个用户的用电设备的使用情况是否合理，它说明利用电能的最大程度，是用电管理水平的一项标准规则。

如果功率因数比较低，就得用很大的电流来维持电器的正常运作，与此同时输电线路上的输电电流增大，这会导致线路上的电能损失增大，所以提高该功率因数对于永磁同步电机和整个系统都扮演着非常重要的角色。

为了减小电子控制器的容量，在设计永磁同步电动机时要求提高功率因数。

永磁同步电动机调速系统中，最主要的问题就是怎样实现电动机瞬时转矩的高性能控制。

而如何根据给定的转矩来计算出交轴电流和直轴电流，这就是矢量控制的问题。

矢量控制就是对电动机中定子电流的矢量相位和幅值进行控制。

1.永磁同步电动机的结构和模型永磁同步电动机的定子与传统的感应电动机定子结构基本相同，有空间对称分布的A、B、C三相绕组，以A相绕组的轴线作为空间的参考轴线as。

如上所述,在A、B、C坐标系中，永磁同步电动机的模型是稳定的，分析正弦波电流控制的永磁同步电动机的方法有dq数学模型，可以用它来分析电动机的瞬态性能。

PMSM 在两相d-q 坐标系下的定子电压方程和磁链方程分别为：ψψ-+=q d d P R i u ω1d (1)()θ∆+=ψψs L f i co d d (2)上式中，θ∆为d 轴和转子永磁体轴线间的夹角；L 为自感系数平均值。

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学期：2014-2015学年第1学期专业：自动化班级：2011级1班姓名：官均涛学号：1105010105指导教师：侯利民辽宁工程技术大学成绩评定表题目：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+书面报告目录1 永磁同步电动机的矢量控制原理 01.1 永磁同步电动机的矢量控制原理 01.2 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 d=0控制的simulink仿真 (3)2.1 永磁同步电动机矢量控制系统的建模 (3)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)1 永磁同步电动机的矢量控制原理1.1 永磁同步电动机的矢量控制原理近二十多年来电动机矢量控制、直接转矩控制等控制技术的问世和计算机人工智能技术的进步，使得电动机的控制理论和实际控制技术上升到了一个新的高度。

目前，永磁同步电动机调速传动系统仍以采用矢量控制技术为主。

矢量控制实际上是对电动机定子电流矢量相位和幅值的控制。

本论文采用按转子磁链定向的方式。

由式(16)可以看出，当永磁体的励磁磁链和直、交轴电感确定后，电动机的转矩便取决于定子电流的空间矢量s i ，而s i 的大小和相位又取决于d i 和q i 也就是说控制d i 和q i ；便可以控制电动机的转矩。

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。

永磁同步电机矢量控制系统仿真研究

永磁同步电机矢量控制系统仿真研究摘要：随着电力电子、电机制造技术以及新型材料的飞速发展，交流调速理论以及新型控制理论研究的不断深入，永磁交流调速系统在机电一体化、机器人、柔性制造系统等高科技领域中占据了日益重要的地位。

永磁同步电动机具有能量转换效率高、体积小，运行可靠性高、调速范围广，动、静特性好等优点，这使得永磁同步电动机技术得到了迅速发展。

PWM控制技术从最早追求电压波形正弦，到电流波形正弦，再到磁通正弦，得到了不断创新和完善。

本文是在此基础上，参照了众多学者的研究，对永磁同步电机进行了矢量控制的研究，并通过建立仿真模型，对矢量控制下永磁同步电机进行仿真，并对结果进行分析。

关键词：永磁交流调速，PWM控制技术，永磁同步电动机1 PMSM数学模型介绍精确的电机数学模型是电机控制理论得以研究与实现的基础，因此首先给出三相永磁同步电动机数学模型。

推导前作如下假设：1）定子三相绕组对称，Y型连接；2）反电动势正弦；3）铁磁部分磁路线性，即不计饱和、剩磁、涡流、磁滞损耗等影响；4）转子无阻尼绕组，永磁体没有阻尼作用；PMSM在a-b-c坐标系统中电压方程用矩阵形式表示为：（1）其中定子电枢相电阻；、、定子绕组端电压瞬时值；、、定子绕组相电流瞬时值；、、磁链瞬时值；微分算子，。

PMSM定子绕组电感系数是转子位置角的函数，其电压方程、磁链方程都是含有时变系数的微分方程组，在分析PMSM工作过程时用解析法求解时变系数方程组是比较困难的，需要采取数值法求解，不便于工业控制应用。

因此采用park变换矩阵，将PMSM数学模型变换到固定在其转子上的两相旋转坐标系d-q坐标系中，将上述含时变系数的微分方程组变换为易于求解的常系数微分方程组，这对于分析PMSM动态过程和稳态过程都是十分有意义的。

从而得到建立在dq旋转坐标中和三相静止坐标中电机模型之间具有如下关系：（2）（3）PMSM中定子绕组一般为无中线的Y型连接，固。

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。

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。

永磁同步电机矢量控制仿真实验总结

永磁同步电机矢量控制实验总结矢量控制是交流电机的一种高性能控制技术，最早由德国学者Blaschke 提出。

其基本思想是根据坐标变换理论将交流电机两个在时间相位上正交的交流分量转换为空间上正交的两个直流分量，从而把交流电机定子电流分解成励磁分量和转矩分量两个独立的直流控制量，分别实现对电机磁通和转矩的控制，然后再通过坐标变换将两个独立的直流控制量还原为交流时变量来控制交流电机，大大提高了调速的动态性能。

随着新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电机（PMSM ）成为近年来发展较快的一种电机。

它具有气隙磁密度高、转矩脉动小、转矩/ 惯量比大的优点，与传统的异步电机相比，节能效果明显、效率高、结构轻型化、维护容易、运行稳定、可靠性高、输出转矩大，得到了越来越广泛的应用和重视，是目前交流伺服系统中的主流电机。

1 永磁同步电机的数学模型永磁同步电机模块可工作于电动机方式或发电机方式，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）。

对永磁同步电机模型作如下假设：不考虑铁心饱和，忽略端部效应；涡流损耗、磁滞损耗忽略不计；定子三相电流产生的空间磁势及永磁转子的磁通分布呈正弦波形状，忽略磁场的高次谐波；不考虑转子磁场的突极效应；永磁材料的电导率为零，永磁体的磁场恒定不变。

运用坐标变换理论，可以得到在同步旋转的两相坐标系下（d-q ）的永磁同步电机的数学模型。

电压方程为：q d d d P Ri u ωψψ-+=d q q q P Ri u ωψψ-+=定子磁链方程为：f d d d i L ψψ+=q q q i L =ψ电磁转矩方程为：)(q d d q p e i i n T ψψ-=式中：d u 、q u 、d i 、q i 、d ψ、q ψ分别为d-q 轴上的定子电压、电流和磁链分量；R 为电机定子绕组电阻；d L 和q L 分别为永磁同步电机d-q 轴上的电感；f ψ为永磁体在定子上产生的耦合磁链；ω 为d-q 坐标系的旋转角频率；e T 为电机电磁转矩；p n 为磁极对数；p 为微分算子。

圆筒形永磁同步直线电机伺服控制系统的研究

第４６卷第１１期
２０１３焦
Ｉｋ＇Ｉ｝机
ＭＩＣＲＯＭＯＴＯＲＳ
Ｖｏ１．４６．Ｎｏ．１１
１１月
ＮＯＶ．２０ｌ３
圆筒形永磁同步直线电机伺服控制系统的研究
刘星桥，王燕
（江苏大学电气信息工程学院，江苏镇江２１２０１３）摘要：首先建立并分析了永磁直线同步电机（ＰＭＬＳＭ）的ｄ — ｑ轴动态数学模型，并给出了伺服系统所采用的控制策
ｌｉｎｅｒａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｓｅｒｖｏｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐｅｍａｒｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｌｉｎｅａｒｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｓｅｒｖｏ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｌｉｎｅａｒｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ＇ｓｄ— ｑｓｈａｆｔｄｙｎａｍｉｃｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ，ａｎｄｉｔｇａｖｅｔｈｅｓｅｒｖｏｓｙｓｔｅｍ’ Ｓｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ：ｉｄ＝０，ｆｌｕｘｔｒａｃｋｉｎｇｖｏｌｔａｇｅｓｐａｃｅｖｅｃｔｏｒｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈ

永磁直线同步电机矢量控制模型及仿真的研究

Cdq abc
式中 L d , L q — — — 直轴同步电感系数和交轴同步电感系数。在理想情况下 , 即直线电机三相绕组对称 , 气隙磁场均匀分布 , 感应反电势呈正弦波时 , 可以认为 d q 轴电感相同 ( L d = L q ) , 由式 ( 10 ) 可以看出 , 经过坐标变换后 , 直轴与交轴的磁链和电流实现了解耦。电机的电磁推力方程 π 3 Np (ψdi q - ψ ( 11) Fe = qi d ) 2τ 式中 Fe — — — 电磁力 ; N p — — — 极对数。将式 ( 10) 带入式 ( 11) 有 π 3 Np ( 12) Fe = [ψ f i q + ( L d - L q ) i di d ] 2τ 电机的机械运动方程 ( 13) Fe = FL + B vv + Mpv 式中
M bf = Mf cos (θ-
ψ u0 = Ri 0 + p 0 式中
R— — — 每相绕组电阻值 ; ω— — — 永磁直线电机平移速度折合成的旋转 π ) v; 电机角速度 ,rad/ s ,ω = ( /τ v— — — 平移速度 , m/ s ;
式中 L m — — — 定子自感 ; Lσ — — — 定子漏感 ; Mf — — — 永磁体等效互感系数 ; θ— — — d 轴与 a 轴的夹角。则式 ( 2) 写成矩阵形式为 ψa L - 0. 5L ψb = ψ c
式 ( 9) 、式 ( 10) 、式 ( 12) 、式 ( 13) 即构成永磁同步直线电机在 dq 坐标系下的数学模型。 2 SIMULINK 下 PMLSM 的仿真模型根据上面建立的永磁直线同步电动机的数学模型 ,利用 Simulink 仿真环境建立了永磁直线同步电机的仿真模型 , 由式 ( 9 ) 和式 ( 10 ) 可以建立 PMLSM 的电流方程 ω Lq ud R id Ld Ld id Ld = + ω ω iq Ld iq uq - ψ f R Lq Lq Lq

永磁同步电机矢量控制系统仿真实验设计

永磁同步电机矢量控制系统仿真实验设计
周晓华，蓝会立，王晨，张银，杨叙，廖凤依，吴国强
（广西科技大学电气与信息工程学院，广西柳州 545616）
摘要：利用 Matlab/Simulink 仿真平台建立了永磁同步电机的电流滞环跟踪调制矢量控制系统和 SVPWM 调制
矢量控制系统的仿真模型，给出了相关模型参数。针对永磁同步电机负载起动、参考转速变化、负载转矩变化等
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
Design on simulation experiment of vector control system for permanent magnet synchronous motor
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子电流分量；ψf 为转子永磁励磁磁链。定子电压方程为
ud Rsid p d q uq Rsiq p q d
（2）
式中：ud、uq 分别为 d、q 轴定子电压分量；Rs 为定子电阻；p 为微分算子；ω 为转子角速度。
电磁转矩方程为
Te pn ( d iq qid )
平台，设计了永磁同步电机电流滞环跟踪调制矢量控制和空间矢量脉宽调制（ space vector pulse width modulation，SVPWM）矢量控制的仿真实验。通过电机起动、参考转速及负载转矩变化等动态过程的仿真实验教学，激发了学生的学习兴趣，加深了学生对永磁同步电机矢量控制系统的理解和应用，提高了教学质量。

永磁同步电机矢量控制系统的建模与仿真

④ 电枢绕组在定子内表面均匀连续分布，则电机三
ｓｈｏｏｓｍｏｏＰＭ）ｗｓｅｔｂｉｅａｅｎｔｅｔｅｒｆｍａｈｍｏｅｆＰＭｎｅｈＢＣａｄｃｒｎｕｔｒ（ＭＳａｓｌｈｄｂｓｄｏｈｈｏｙｏｔｄｌＭＳｕｄｒｔｅＡｎａｓｏ
中圈分类号：Ｔ３１Ｍ３１Ｍ４；Ｔ５文献标志码：Ａ文章编号：ｌＯ —８８２１１—０６０Ｏ１６４（００）２０６・６
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ＭｏｌｎｇａｄＳｉｄｅｉｎｍｕｌｔｏｆＶｅｔｎｔｏｓｅｆｒａｉｎｏｃｏｒＣｏｒｌＳｙｔｍｏＰｅｍａｎｔＭａｎｅｓｈｒｎｏｏｏｓｒｎｅｇｔＳｙｃｏｕｓＭｔｒ
３西安交通大学苏州研究院，苏州．
２５２；４１０１．深圳市大族电机科技有限公司，深圳
７０７）１０７
５８５；１０７
５．西安微电机研究所，西安
摘
要：根据永磁同步电机（ＭＭ）ＢＰＳＡＣ坐标系和由坐标系下的数学模型，在ＭｔｂＳｍｌｋ环境下构建了永磁同ａｌ／ｉｕｉａｎ
５Ｘ，ｃｍｔｅｅｒｓｔｔ，ｉｎ７７，Ｃｉａ．ｉｎＭｉｏｏｒｓｃＩｔｕｅＸ ’ ０７ｈｎ）ａｒｏＲａｈｎｉａ１０
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｔｈｉｕａｉｎｍｏｅｆｍａｎｔｃｆｅｄｏｉｎａｉｎｖｃｏｏｔｏｙｔｍｏｅｍａｅｔｍａｎｔｓ — ｅｓｍｌｔｏｄｌｏｇｅｉｌｒｅｔｔｏｅｔｒｃｎｒｌｓｓｅｆｒｐｒｎｎｇｅｙｉ

永磁同步电机矢量控制系统的VisSim建模与仿真

ｔｅｖｉｉｆｅＳＭＭｍｄｌｄｐｏｉｅｔｅｅｏｓｎｅｓｔｄｓｎａｄａｊｓｔｅｐｒａｈａｄｙｏＰＳｏｅａｒｖｄｅｎｗｍｔｄｄｉａｅｉｄｕｔｅｍ — ｌｔｔｈｎｈｈａｄｏｇｎｈ
李红伟，王洪诚
（西南石油大学电子信息工程学院，四川成都６００）１５０
摘
要：为了研究正弦波永磁同步电机（以下简写ＳＭＳ的调速性能，ＰＭ）依据ＳＭＳ的ｄｑ轴数ＰＭ —
学模型，采用运动控制仿真软件Ｖｓｉ／ｏｏｉｍＭｔｎ建立了ＳＭＭ的仿真模型，ＳｉＰＳ并在Ｖｓｉｉｍ仿真环境Ｓ下基于所建立的模型构建了ＳＭＭ的转子磁场定向矢量控制系统。通过仿真表明，双闭环（ＰＳ在速
维普资讯
第ｌ卷ｌ
第５期
电机与控制学报
ＥＬＥＣＴＲＩＭＡＣＨＩＣＮＥＳＡＮＤＣＯＮＴＲＯＬ
ＶｏＮｏ５Ｌｌｌ．Ｓｐ．２０ｅ０７
２００７年９月
永磁同步电机矢量控制系统的Ｖｓｉ建模与仿真ｉｍＳ
ｍａｅｔａｄｌｏｅＳＭＳ．ＡｎｅｒｔｒｆｘｏｅｔｄｖｃｏｏｔｌｙｔｍｆＳＭＳｗｓａｓｔｍａｉｌｍｏｅｆｔＰＭｈｃｈｄｔｏｏ — ｕ — ｒｎｅｅｔｒｃｎｒｓｅｏＰＭａｏｈｌｉｏｓｌｉｔｄｃｄｉｓｉｂｓｄｏｈＰＭｄ１ｉｌｔｎｒｓｌｄｃｔａｅｖｃｏｏｔｌｓｓｎｒｕｅｎＶｉｍａｅｎｔｅＳＭＳｍｏｅ．Ｓｍｕａｉｅｕｔｉｉａｅｔｔｔｅｔｒｃｎｒｙ — ｏＳｏｓｎｈｈｏｔｍｈｓｈ【ｙａｃａｄｓａｉｅｆｒａｃｙａｏｔｇｔｅｄｕｌｏｐｃｎｒｌｎｗｉｈｔｅｓｅｄｅａｉｈｄｎｍｉｎｔｔｐｒｍｎｅｂｄｐｉｏｂｅｌｏｏｔ，ｉｈｃｈｐｅｇｃｏｎｈｏｌｐｕｅＩｃｎｒｌｒａｄｔｅｃｒｅｔｌｐｕｅｙｔｒｓｓｃｒｅｔｃｎｒｌｒｈｅｕｔａｓｒｖｏｓｄａＰｏｔｌｎｈｕｒｎｏｓｄａｈｓｅｅｉｕｎｏｔｌ．Ｔｅｒｓｌｏｐｏｅｏｅｏｅｓｌ

电液比例控制圆筒型永磁动圈式直线电机MATLAB仿真软件设计硕士论文

圆筒型永磁动圈式直线电机控制系统仿真及软件设计电机与电器， 2011，硕士【摘要】电液比例伺服系统作为控制领域中的一个重要组成部分,具有功率大、响应快、精度高的特点,在工业领域得到了广泛应用。

圆筒型永磁动圈式直线电机驱动电液比例控制系统是近年来随着永磁材料、微电子技术、数字化技术、计算机技术迅速发展起来的一种新型液压伺服控制系统。

由于圆筒型永磁动圈式直线电机能够直接驱动机械负载作直线运动,并且具有快速反应能力、控制精度高、线性好等优点,在各类高速精密加工、液压驱动等领域具有广阔的应用前景。

本文对圆筒型永磁动圈式直线电机工作原理、数学模型以及动态特性进行了深入研究,并对电液比例控制系统PID算法、电液比例伺服控制系统软件设计进行了研究与分析。

论文将主要从以下几个方面对电液比例阀用圆筒型永磁动圈式直线电机控制系统进行分析和研究：(1)对电液比例阀用圆筒型永磁动圈式直线电机位置伺服控制系统算法进行了研究,研究了适合电液位置伺服控制系统所采用的PID 控制算法。

(2)研究圆筒型永磁动圈式直线电机的工作原理,建立电机数学模型,利用MATLAB/Simulink软件,搭建圆筒型永磁动圈式直线电机仿真模型,并进行了开环、闭环仿真,通过仿真波形验证闭环控制能够减小位移跟踪偏差。

(3)... 更多还原【Abstract】 As one of the important components in the control field, electro-hydraulic proportional servo system possesssome important specialties, such as great power, quick response, high precision and so on. The control system is widely used in various industrial areas. The control system of using permanent magnet linear motor with moving coil which directly drives electro-hydraulic proportional valve is a new hydraulic servo control system developed rapidly in recent decades with the expand of the perm... 更多还原【关键词】电液比例控制；圆筒型永磁动圈式直线电机；MATLAB仿真；软件设计；【Key words】Electro-hydraulic proportional control；tubular permanent magnet linear motor with moving coil；MATLAB simulation；software design；摘要3-5ABSTRACT 5-7第一章绪论11-191.1 圆筒型永磁动圈式直线电机的概述11-121.2 电液比例控制系统12-141.2.1 电液比例控制系统12-141.2.2 电液比例控制技术国内外发展概况及趋势141.3 圆筒型永磁动圈式直线电机的控制策略14-161.4 本文研究的主要内容及意义161.5 本章小结16-19第二章圆筒型永磁动圈式直线电机控制算法研究19-332.1 PID控制算法的特点192.2 数字PID控制原理19-232.2.1 模拟PID控制原理19-212.2.2 位置式PID控制算法21-222.2.3 增量式PID控制算法22-232.3 数字PID的改进算法23-272.3.1 对积分作用的改进23-252.3.2 对微分作用的改进25-272.4 数字PID控制器参数整定27-302.4.1 参数的选择方法27-292.4.2 采样周期的选择29-302.5 PID算法在直线电机控制算法中的应用30-312.6 本章小结31-33第三章圆筒型永磁动圈式直线电机工作原理及数学模型33-433.1 圆筒型永磁动圈式直线电机的系统组成33-343.2 圆筒型永磁动圈式直线电机工作原理34-363.2.1 圆筒型永磁动圈式直线电机的基本工作原理34-353.2.2 圆筒型永磁动圈式直线电机永磁材料35-363.3 圆筒型永磁动圈式直线电机的数学模型36-413.3.1 圆筒型永磁动圈式直线电机电压平衡方程36-373.3.2 圆筒型永磁动圈式直线电机电磁力方程37-383.3.3 圆筒型永磁动圈式直线电机力平衡方程383.3.4 圆筒型永磁动圈式直线电机运行方程组38-393.3.5 圆筒型永磁动圈式直线电机的数学模型393.3.6 圆筒型永磁动圈式直线电机的动态时间常数39-413.4 本章小节41-43第四章基于MATLAB的圆筒型永磁动圈式直线电机的仿真43-734.1 MATLAB软件简介43-444.2 圆筒型永磁动圈式直线电机仿真模型的建立44-524.3 电液比例阀控缸系统52-614.3.1 电液比例方向阀环节52-544.3.2 电液比例阀阀控液压缸系统54-614.4 圆筒型永磁动圈式直线电机伺服系统控制策略仿真分析61-714.4.1 圆筒型永磁动圈式直线电机位置伺服系统的稳态误差61-624.4.2 圆筒型永磁动圈式直线电机位置伺服系统的控制策略62-644.4.3 圆筒型永磁动圈式直线电机伺服系统开、闭环仿真64-684.4.4 不同控制策略下圆筒型永磁动圈式直线电机伺服系统仿真68-714.5 本章小节71-73第五章电液比例伺服控制系统软件设计73-835.1 DSP数字伺服控制器概述73-745.2 系统软件设计74-815.2.1 初始化子程序755.2.2 主程序75-765.2.3 找零点子程序76-775.2.4 定时器T1中断服务子程序77-785.2.5 控制算法的实现78-795.2.6 电流采样子程序79-805.2.7 串行通信子程序80-815.3 软件抗干扰815.4 本章小结81-83第六章全文总结和展望83-856.1 本文主要工作83-846.2 对下一步工作的展望84-85参考文献。

永磁同步电机矢量控制系统建模

一、永磁同步电机矢量控制仿真建模
把前文所提到的模块封装在一起后连接起来，然后在Simulink库里面拉出永磁同步电机的模块，把所有的子模块连接成一个FOC矢量控制系统框图，如图5.1所示。

反馈量极对数为单极的电角度，但是由于参与计算的是总电角度，所以此处乘于极对数便可；而反馈的转速为机械角速度，根据Nr=30Wm/pi计算得到实际的转速。

图5 PMSM控制仿真模型
二、仿真结果分析
为了验证所设计的系统的正确性，仿真条件设置为：参考转速Nref=1000r/min，初始时刻负载转矩TL=0 N·m，t=0.2s时负载转矩TL=10 N·m，仿真结果如下图所示。

图6 转速Nr变化曲线
图7 电磁转矩Te变化曲线
图8 三相交流电iabc变化曲线
由以上图片可知，电机静止状态启动，给定转速设定为1000r/min时，虽然开始时电机转速有一点超调，但是仍然具有较快的动态响应速度，在0.02s时系统达到稳定状态，此时由于电机处于空载状态，所以电流和转矩输出都时基本为0；在0.2s时突增负载转矩TL=10 N·m，在瞬间电机的转速下降，转矩上升到设定值10，电流也增大，在0.25s电机转速重新达到稳定状态，可以看出，所设计的系统稳定性高，响应速度也较快，基本验证了设计的控制算法的准确性。

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Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ａｉｎｏｔｂｌｒｐｒｎｎｇｅｉｅｒｓｎｈｏｏｓｍｏｏ，ａｎｖｌｍｅｈｄｆｒｍｏｅｉｇａｄｍｉｇｔｕｕａｅｍａｅｔｍａｎｔｌｎａｙｃｒｎｕｔｒｏｅｔｏｏｄｌｎｎ
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统，采用速度、电流双闭环的控制方案，实现对ＴＭＬＭ的控制，并进行了仿真研究。ＭａｎｔＰＳｇｅ建立ＴＭＬＭ有限元ＰＳ模型，Ｓｍｌｋ建基于ＳＰｉｕｉ构ｎＶＷＭ的双闭环矢量控制系统，利用ＭａｎｔＳｍｌｋ联合仿真接１ｇｅ与ｉｕｉｎ：３，建立Ｍａｎｔｇｅ与
目前依据永磁体磁化方向的不同常见的tpmlsm结构有径向磁化轴向磁化以及halbach结构等2jtpmlsm铁芯开断端部磁路断开因其圆筒状的结构虽然不存在横向端部效应但纵向端部效应的影响仍不能忽略势必导致三相磁路不对称三相绕组电抗也不对称所以即使处加的三相电压对称三相电流也不能保证完全对称这将会直接影响到电机的运行特性
Ｓｌｋ联合仿真模型。仿真结果表明所采用的控制方法正确可行，控制系统具有良好的控制性能。ｉｉｍｕｎ
关键词：圆筒型永磁直线同步电机；ＳＰＶＷＭ；ｇｅ；ｉｕｉｋｍａｎｔｓｌｍｎ
中图分类号：Ｔ４Ｍ３１文献标志码：Ａ文章编号：１０ —８８２１）３０１—４０１６４（０１０１２０
ＦＥＮＧｉｈｏ，ＷＡＮＧＨａｃａＸｕｄｎｇ，ＸＵａｚｏｏＸｉｏｈｕ
（ｃｏｌｆＥｅｔｃｌｎｉｅｒｇａｄＡｔｍｔｎＨｎｎＰｌｔｈｉＵｉｒｔ，ｉｏｕｅａ５０３ＣｉａＳｈｏｏｌｒａＥｇｎｅｎｎｕｏａｉ，ｅａｏｅｎｃｎｅｉＪｚｏＨｎｎ４４０，ｈｎ）ｃｉｉｏｙｃｖｓｙａ
ｓａｅｖｌｇｕｓｗｄｈｍｄｌｉｐｃｏａｅｐｌｉｔｏｕａｏＳＰｔｅｔｎ（ＶＷＭ）ｗｓｐｏｏｅ．ＴｅｆｉｌｅｔｏｅｏＰＳｎａｒｐｓｄｈｎｔｅｅｎｍｄｌｆＭＬＭａｄｉｅｍＴ
ｂｅｔｒｐｒｏｍａｃｆｔｅｐｏｏｅｏｔｏｙｔｍ．ｔｅｅｒｎｅｏｈｒｐｓｄｃｎｒｌｓｓｅｆＫｅｒｙｗｏｄｓ：ＴＰＭＬＳ；ＳＭＶＰＷＭ；ｍａｎｔｉｌｎｇｅ；ｓｍｕｉｋ
０引言
ｔｅｃｎｒｌｓｓｅｗｅｅｂｌｔｒｕｇＭａｎｔａｄＳｉｌｎｈｏｔｏｙｔｍｒｕｉｈｏｈｔｇｅｎｍｕｉｋ，ｒｓｅｔｖｌ．ＴｈｎｇｔｈｉｔｇａｅｓｓｅｅｐｃｉｅｙｅｏｔｅｎｅｒｔｄｙｔｍｍｏｅｓｄｏｇｔａｄＳｍｕｉｋＴｈｉｌｔｎｒｓｌｓｗｅｅｐｅｅｔｄｔａｉａｅｔｅｆａｉｉｔｎｄｌｂａｅｎＭａｎｅｎｉｌｎ．ｅｓｍｕａｉｅｕｔｒｒｓｎｅｏｖｌｄｔｈｅｓｂｌｙａｄｏｉ
制系统。
（单边型和双边型）、圆筒型、圆弧型，以及盘式
永磁直线同步电动机按结构型式可分为扁平型
向端部效应的影响仍不能忽略，势必导致三相磁路
不对称，三相绕组电抗也不对称，所以即使处加的三相称，这
将会直接影响到电机的运行特性。ＴＭＬＭ及其伺服系统是一个多变量、非线性、ＰＳ高耦合的系统，因此要得到好的控制性能，必须进行磁场解耦，这种特点恰好适于应用矢量变换控制技术。本文基于空间电压矢量脉宽（ＶＷＭ）制，ＳＰ调研究径向充磁的圆筒型动磁式直线电动机的矢量控
第４４卷第３期
２１０１年
散电幸
ＭＩＲＯＭ０ＴＯＲＳＣ
Ｖｏ．１４４．Ｎｏ３．Ｍａ．０ｌ１ｒ２
３月
圆筒型永磁直线同步电机矢量控制系统仿真
封海潮，汪旭东，许孝卓
（南理工大学电气工程与自动化学院，焦作河摘４４０）５０３要：针对圆筒型永磁直线同步电机（ＰＬＭ）ＴＭＳ，提出了一种基于空间电压矢量脉宽调制（ＶＷＭ）ＳＰ的矢量控制系