基于MATLAB%2fSimulink的永磁同步电机直接转矩控制仿真建模

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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

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的永磁同步电机控制系统的仿真设计

基于SIMULINK的永磁同步电机控制系统的仿真设计

基于SIMULINK的永磁同步电机控制系统的仿真设计中文摘要在MATLAB/SIMULINK中建立独立的功能模块主要有:PMSM本体模块、矢量控制模块、电流滞环控制模块、速度控制模块等。

同时进行功能模块的有机整合,搭建PMSM控制系统的仿真模型采用双臂环控制,速度环采用PI控制,电流环采用滞环电流控制。

仿真结果证明了该方法的有效性,同时该模型也适用于验证其他控制算法的合理性,为实际电机控制系统的设计和调试提供的新的思路。

为了实现高性能的电流环控制,对比了常规电流滞环控制和三角波载波比较方式的电流滞环控制。

在MATLAB中搭建了两种电流滞环控制方式的仿真模型,通过仿真得出采用常规电流滞环控制对系统的整体性能影响比较大,而采用三角载波比较方式的电流滞环控制容易获得良好的控制效果。

采用三角载波比较方式的电流滞环控制的仿真结果进一步验证了本文分析的正确性,并且为系统的整体设计提供了理论基础。

关键词:永磁同步电动机;SIMULINK;电气系统模型库Simulation of control system for the Permanent MagentSynchronousAbstractThe paper as the example of the control system of permanent synchronous motor, mainly introduces how to get the simulation of AC driven system under the environment of SIMULINK by using the toolbox of power system, then discusses the effect of adjuster PI on the revolution during suddenly changed load.In MATLAB/SIMULINK it establishes the independent function modules; PMSM body module, vector control module, the current hysteresis control, speed control module, function module and so on. At the same time, it integrates the function module and establishes the simulation module of PMSM control system. this system adopts double closed-loop control system, the PI control the speed loop, the sluggish loop electric current controls electric current loop the simulation result proves the effective method of the indeperdent function modules. This model also applies to test and verify the reasonableness of thought for both design of practical electrical engineering control system and debugging.For the sake of high-performance current-loop in position servo system, we studied general hysteresis-band current-control and triangular carrier wave hysteresis-band current-control. Simulation models of the two mode were build in MATLAB, by the simulation analysis, we can know that general hysteresis-band current-control will seriously influence on performance of system, and triangular carrier wave hysteresis-band current-control can be used for good control performance. When triangular carrier wave hysteresis-band current-control was used, analytical results are good agreement with the feasible simulation results, and the results can provide theoretical basis for the design of servo system.Key words: permanent magnet synchronous motor; SIMULINK; toolbox of power system.目录第一章前言 (1)1.1课题研究背景 (1)1.1.1永磁同步电机发展状况 (1)1.1.2永磁同步电机控制系统的发展 (1)1.1.3计算机仿真技术的发展 (3)1.2MATLAB简介 (3)1.2.1 MATLAB软件的简介 (3)1.2.1 MATLAB仿真工具箱简介 (8)1.3本文主要任务 (9)第二章永磁同步电机的结构及其数学模型 (9)2.1永磁同步电机的概述 (9)2.1.1 同步电机的基本工作原理 (9)2.1.2 永磁同步电机的基本结构及其分类 (9)2.1.3 永磁同步电机的特点与应用 (11)2.2永磁同步电机的数学模型 (13)2.2.1 电压平衡方程 (14)2.2.2 磁链方程及感应电动势方程 (15)2.3永磁同步电机在各个坐标系下的数学模型 (17)2.3.1 磁同步电机A-B-C坐标下数学模型 (17)α-坐标系下数学模型 (18)2.3.2 磁同步电机β2.3.3 永磁同步电机d-q坐标系下数学模型 (18)第三章永磁同步电机控制系统工作原理 (19)3.1PWM(PULSE-WIDTH MODULATION)技术 (19)3.2PMSM控制系统的组成 (22)3.3PMSM控制系统的运行原理 (23)第四章永磁同步电机控制系统仿真设计 (24)4.1D-Q坐标系与ABC三相坐标系转换 (24)4.2PI调节器 (27)4.3利用SIMULINK构建PMSM控制系统仿真模型 (30)4.4仿真结果 (31)全文总结 (35)致谢 (36)参考文献 (37)附录 (38)第一章前言1.1课题研究背景1.1.1 永磁同步电机发展状况永磁同步电机出现于20世纪50年代。

基于MATLAB_Simulink的永磁同步电机矢量控制

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

MATLAB_SIMULINK永磁同步电机矢量控制系统仿真

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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

15-基于Matlab_Simulink的直接转矩控制系统仿真研究

15-基于Matlab_Simulink的直接转矩控制系统仿真研究
【108】 第 32 卷 第 1 期 2010-1
(7)
3.2.2 磁链与转矩滞环调节模块
磁链允许容差通过定义施密特触发器的上下触 发点来设置,输出 sf (0 或 1)即磁链滞环调节器的输 出状态量。图 4 所示为定子磁链滞环调节模块。
如图5所示为转矩滞环调节子系统,其中ωr、ωr* 分别为观测所得转速和给定转速参考值,将其 PI 调 节后得到给定转矩和实际转矩。转矩滞环调节的输 出状态量 ST 有两种状态值,分别为 1 和 0,将 PI 调 节得到的给定转矩和实际转矩的差值与容差逻辑比 较,即可得到 ST 的值,在查电压矢量最优开关表时
从图 6 圆形磁链轨迹可明显看到电压矢量在
图 7 相电流波 图 8 电磁转矩曲线
图 6 圆形磁链轨迹
图 9 电机转速曲线 【下转第 172 页】
第 32 卷 第 1 期 2010-1 【109】
西门子重磅出击亚洲版 SPS —— SIAF GUANGZHOU
SIAF GUANGZHOU 中国广州国际工业自动 化技术及装备展览会,是全球最大自动化展—— “SPS/IPC/DRIVES 电气自动化展”与华南著名工 控展——“CHIFA 中国(广州)国际工业控制自动 化及仪器仪表展”在中国的完美结合,2010 年 3 月 8~11 日在广州琶洲展馆举办。经过资源整合,展会 将借鉴 SPS 成功办展经验和营销模式投入运行。
直接转矩控制与矢量控制的区别是,它不是通 过控制电流、磁链等变量间接控制转矩,而是用空 间矢量的分析方法,以定子磁场定向方式,对定子 磁链和电磁转矩进行直接控制[3]。该技术采用 Bang - Bang 控制从而可得到快速的转矩响应,并且由于 控制性能不受转子参数影响,所以可提高系统鲁棒 性,省去了旋转变换和电流控制,则可简化控制器 的结构。

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_Simulink的永磁同步电机直接转矩控制仿真建模

基于MATLAB_Simulink的永磁同步电机直接转矩控制仿真建模

收稿日期:2003-07-143基金项目:教育部科学技术研究重点项目(03131);广州市科技计划项目(2002J1-C0041) 作者简介:谢运祥(1965-),男,教授,主要从事电力电子与电力传动研究.E2mail:drxyx@ 文章编号:1000-565X(2004)01-0019-05基于MA TLAB/Simulink的永磁同步电机直接转矩控制仿真建模3谢运祥 卢柱强(华南理工大学电力学院,广东广州510640)摘 要:介绍了永磁同步电机直接转矩控制系统各个环节的MA TLAB/Simulink建模方法,并对系统进行仿真,研究了系统的性能以及PI控制器参数对系统性能的影响,同时比较了不同转矩滞环环宽的转矩脉动情形.结果表明,该系统具有良好的转速、转矩响应.随着转矩滞环环宽的变小,转矩的脉动幅度也随之减小.PI控制器参数中,随着比例系数K p的增大,系统动态响应加快,积分系数K i则主要影响系统的稳态误差,两者必须协调才能使系统达到较好的性能.关键词:同步电机;直接转矩控制;仿真;MA TLAB/Simulink建模中图分类号:TM92 文献标识码:A 直接转矩控制(Direct Torque Control,简称D TC)是继矢量控制技术之后的一种新方法.它采取定子磁链定向,利用离散的两点式(Band2Band)进行调节,并直接对电机的磁链和转矩进行控制,使电机转矩响应迅速[1],人们最先将此方法应用于感应电机控制中.随着电机技术的迅速发展,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)已获得越来越广泛的应用,将D TC控制策略应用于永磁同步电机控制中,以提高电机的快速转矩响应,成为研究者关注的课题[2,3].由于电机转矩和磁链的计算对控制系统性能影响较大,为了获得满意的转矩计算,仿真研究是最有效的工具和手段.本文中利用MA TLAB软件下的Simulink仿真工具对PMSM D TC系统进行仿真;同时还详细地介绍了D TC系统中各控制计算单元的模型的建立,并分析控制系统的性能.1 永磁同步电机的直接转矩控制1.1 永磁同步电机的数学模型假设PMSM具有正弦波反电势,磁路线性且不考虑磁路饱和,忽略电机中的涡流损耗和磁滞损耗,可得到PMSM在转子同步旋转坐标系d—q轴系下的数学模型为ψd=L d i d+ψf(1)ψq=L q i q(2) u d=R s i d+pψd-ωrψq(3)u q=R s i q+pψq+ωrψd(4)T e=32n p(ψd i q-ψq i d)(5) T e-T m=Jdωrd t+Bωr(6)式中:ψd、ψq为定子磁链d、q轴分量;L d、L q为定子绕组d、q轴等效电感;i d、i q为定子电流d、q轴分量;u d、u q为定子电压d、q轴分量;ψf为转子磁链;R s为定子绕组电阻;p为微分算子;ωr为转子机械角速度;T e为电磁转矩;n p为电机极对数;T m 为负载转矩;J为电机转动惯量;B为粘滞系数. 1.2 直接转矩控制系统直接转矩控制的结构原理如图1所示,它由逆华南理工大学学报(自然科学版)第32卷第1期Journal of South China University of Technology Vol.32 No.1 2004年1月(Natural Science Edition)January 2004变器、PMSM 、磁链估算、转矩估算、转子位置估算、开关表和调节器等组成.控制系统将电机给定转速和实际转速的误差,经调节器输出给定转矩信号;同时系统根据检测的电机三相电流和电压值,利用磁链模型和转矩模型分别计算电机的磁链和转矩大小,计算电机转子的位置、电机给定磁链和转矩与实际值的误差;然后根据它们的状态选择逆变器的开关矢量,使电机能按控制要求调节输出转矩,最终达到调速的目的.图1 直接转矩控制系统框图Fig.1 Block diagram of direct torque controlsystem在实际的直接转矩控制系统中,需要采样电机的三相电流,且需进行坐标变换以便于计算.各坐标变换关系如图2所示.图2 坐标变换矢量图Fig.2 Vector diagram of different reference flame坐标变换公式为x αx β=231 -12 -12・x ax bx c (7)x αx β=cos θ -sin θsin θ cos θ・x d x q(8)式中:x α、x β表示α—β坐标系变量;x a 、x b 、x c 分别表示abc 坐标系变量.在两相α—β坐标系下,电机定子磁链在α—β轴上的分量ψα和ψβ可表示为ψα=∫(u α-R s ・i α)d t (9)ψβ=∫(u β-R s ・i β)d t(10)式中u α、u β、i α、i β分别为电机电压和电流在α—β坐标轴的分量,而定子磁链的位置则可通过α—β轴的分量和它们的正负号来决定.由式(5),(8)可以推导出α—β坐标系的转矩估算公式如下:T e =32n p (ψαi β-ψβi α)(11)前面已经介绍过,D TC 系统是根据电机的转矩误差状态、磁链误差状态和磁链位置来选择逆变器的开关信号.如果将逆变器的开关状态也进行定义,设逆变器桥臂上管导通时定义为状态“1”,下管通时定义为“0”,则三相桥臂上的开关S a 、S b 、S c 共有8种状态组合,其中6个非零电压矢量V 1~V 6和两个零电压矢量V 0、V 7的分布如图3所示.当施加电压矢量与ψs 夹角小于π2时,将使磁链幅值增加;当大于π2时,磁链幅值减小.当电压矢量超前于ψs 时,转矩增加;落后于ψs 时,转矩减小.图3 电压矢量和区段划分Fig.3 Voltage vectors and zoning用<、τ分别表示电机磁链和转矩的给定值和实际值的误差状态,当给定值比实际值大时状态为1,否则状态为0,则由<、τ的状态以及磁链所处分区的位置,便可按表1选择开关电压矢量.表1中的S 是为了便于在Simulink 中实现查表而设置的一个变量S =2<+τ+1(12)表1 直接转矩控制系统开关表Table 1 Switching table for DTC systemS <τθ1θ2θ3θ4θ5θ6411V 6V 2V 3V 1V 5V 4310V 5V 4V 6V 2V 3V 1201V 2V 3V 1V 5V 4V 61V 1V 5V 4V 6V 2V 320 华南理工大学学报(自然科学版)第32卷 2 系统仿真模型的组建在PMSM D TC 仿真系统中,主要使用Simulink 库和PSB (Power System Blockset )库中的模块.本研究的仿真模型是基于MA TLAB 6.1/Simulink 4.1上构建[4].2.1 仿真系统利用Simulink 搭建图1的仿真模型如图4所示.它包括3/2变换、磁链估算和转矩估算等子系统.进行磁链估算时,磁链初值不宜为0,否则仿真会出错.因此在磁链估算子系统中,要给积分模块(Integrator )赋一个初值(Initial C ondition ),本文中设为0.01.图4 基于MA TLAB/Simulink 的PMSM DTC 系统的仿真模型Fig.4 Simulation model of PMSM DTC system based on MA TLAB/Simulink 在逆变器和PMSM 子模块间,接入电压测量装置以观测A 、B 相间电压,因为当Simulink 模块与PSB 模块相连时,要求接入一个电气测量模块,否则仿真会出现错误.2.2 区段判断的实现定子磁链矢量所在的区段我们可以根据磁链在α—β坐标上的分量进行判定,由ψα的正负确定定子磁链矢量的象限,再由αtan (ψβψα)决定定子磁链矢量的具体位置.其实现模块如图5所示.其中的MA TLAB 函数模块是用来调用MA TLAB 中求反正切的函数,开关模块是一个2选1的输出,其输出再经过图5(b )子系统便可以得到区段结果.表2为磁链位置所对应的区段值.2.3 转矩调节信号τ和磁链调节信号<在转矩控制系统中,转矩给定T 3e 是由速度环PI 控制器输出获得的.磁链和转矩的误差信号,按式(12)进行计算以后输出,磁链和转矩的误差信号的具体实现过程如图6所示.图5 磁链区段的确定Fig.5 Determining the sector of flux linkage表2 磁链区段和角度的关系T able 2 Relationship between flux linkage sector and delta角度区段角度区段[-π/2,-π/6)θ6[-π/6,π/6)θ1[π/6,π/2)θ2[π/2,5π/6)θ3[5π/6,7π/6)θ4[7π/6,3π/2)θ5 第1期谢运祥等:基于MA TLAB/Simulink 的永磁同步电机直接转矩控制仿真建模21图6 转矩和磁链误差信号Fig.6 Error signal of torque and flux linkage2.4 其他模型的建立按照以上相类似的方法,我们对逆变器及其驱动信号、坐标的变换、u α和u β的获取、电机磁链的估算和转矩的估算等等,建立相应的Simulink 模型,如图7所示.图7 PMSM DTC 仿真系统的其他子系统Fig.7 Other subsystems in the PMSM DTC systemsimulation model3 仿真结果及分析在仿真开始以前,可执行菜单S imulation —S imu 2lation Parameters 设定仿真参数.本系统的PMSM 参数设定为:定子电阻R s =3Ω,直、交轴的等效电感L d =L q =0.168H ,转子磁链ψf =0.175Wb ,转动惯量图8 转速、磁链轨迹和转矩的仿真结果Fig.8 Simulation results of rotation s peed ,flux linkagetrail route and torque22 华南理工大学学报(自然科学版)第32卷 J =0.0008kg ・m 2,粘滞系数B =0,极对数n p =2.在此基础上便可以仿真分析控制系统的性能指标以及各因素的影响.图8是直接转矩控制系统的电机磁链轨迹、转速、转矩波形.图9反映了转矩滞环宽度对转矩脉动的影响,减小滞环宽度,有利于降低转矩脉动幅度.图10是负载和给定转速突变时的转矩和转速波形,其结果表明系统在阶跃变化时能够自动保持稳定运行状态.表3是通过仿真研究得到的不同PI 参数对系统性能的影响.图9 转矩滞环环宽对转矩脉动的影响Fig.9 E ffect of torque hysteresis width on thetorqueripple图10 系统的转速、转矩响应Fig.10 Torque and rotation s peed response of the system表3 PI 控制器参数对系统性能的影响Table 3 E ffect of PI controller parameters on systemperformance序号积分系数K i比例系数K p饱和限幅值稳定时间/s 转速超调/%10.02 1.5[-1.6,1.6]0.0580.6320.02 2.0[-1.6,1.6]0.0250.6530.10 1.5[-3.0,3.0]0.113 6.2540.10 2.0[-1.6,1.6]0.0680.7550.502.0[-1.6,1.6]0.0400.114 结束语利用MA TLAB/Simulink 建立永磁同步电机直接转矩控制系统,可以从理论上研究控制系统的性能及其相关因素的影响,仿真结果和分析所得到的结论是可信的.在建立实际系统之前,通过仿真研究对控制系统进行充分论证,可以提高研究效率.参考文献:[1] T akahashi I ,Noguchi T.A new quick 2res ponse and high 2effi 2ciency control strategy of an induction m otor [J ].IEEE T rans on Industrial A pplications ,1986,22(5):821-827.[2] Zhong L ,Rahman M F.Analysis of direct torque controlin permanent magnet drives [J ].IEEE Transactions on Power Electronics ,1997,12(3):528-535.[3] 田淳,胡育文.永磁同步电机直接转矩控制系统理论及控制方案的研究[J ].电工技术学报,2002(2):8-11.[4] 王沫然.Simulink 4建模及动态仿真[M ].北京:电子工业出版社,2002.Simulation and Modeling of Direct Torque Control of Perm anent 2m agnet Synchronous Motor B ased on MAT LAB/SimulinkXie Y un 2xiang L u Zhu 2qiang(College of Electric Power ,S outh China Univ.of Tech.,Guan gzhou 510640,Guangdong ,China )Abstract :The modeling of direct torque control system of permanent 2magnet synchronous motor based on MA TLAB/Simulink was introduced ,and the simulation of the system was carried out to research on the effect of PI controller parameters on the system performances.Also ,the relationship between torque hysteresis loop ’s width and torque ripple amplitude was analyzed.The results show that the direct torque control system gives a good response to the rotation speed and torque ,and that the torque ripple amplitude decreases with the reduction of torque hysteresis loop ’s width.The PI controller parameters K p and K i should be properly matched to achieve excellent system performance ,for a large scaling factor K p will accelerate the system ’s dynamic response ,while the integral coefficient K i mainly influences the system ’s static error.K ey w ords :synchronous motor ;direct torque control ;simulation ;MA TLAB/Simulink modeling 第1期谢运祥等:基于MA TLAB/Simulink 的永磁同步电机直接转矩控制仿真建模23。

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

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。

采用MATLAB-Simulink对永磁同步电机进行模型仿真和调速研究

采用MATLAB-Simulink对永磁同步电机进行模型仿真和调速研究

采用MATLAB/Simulink对永磁同步电机进行模型仿
真和调速研究
1.引言
 随着高性能永磁材料、大规模集成电路和电力电子技术的发展,永磁同步电机因为其功率密度高,体积小,功率因数和高效率而得到发展,且引起了国内外研究学者的关注。

传统的控制方式由于引入了位置传感器而给当前的调速系统带来了一系列的问题:占据了比较大的有效空间,使系统编程复杂。

因此无位置传感器控制系统的研究变得越发的重要。

2.PMSM的坐标系和数学模型
 永磁同步电机在定子三相(ABC)静止坐标系下的电压方程:
 式中,三相绕组的相电压瞬时值分别为A u 、B u 、C u ; A i 、B i 、C i 是相电流的瞬时值;s R 是永磁同步电机定子的每相绕组电阻; A ψ、B ψ、C ψ是永磁体的磁链在各相绕组的投影。

在d-q旋转坐标系下的电磁转矩方程为:
3.SIMULINK仿真。

基于MATLAB_SIMULINK永磁同步电动机变结构调速系统的建模与仿真

基于MATLAB_SIMULINK永磁同步电动机变结构调速系统的建模与仿真
2
*
, 其中
为调 速过 渡时 间常 数,
( N 0 + N 1 ) 为调速前速 度, N 0 为调 速后速度 ; 若 N 0 = 0, 则对应制动情况。因此 , 只要给定起动时 间、 稳定运行时间和速度、 调速后速度以及制动时 间, 就可得出电机整个运行中各个阶段的速度指 令 r 1 ( t ) , 再结合变 结构控制理论可得出控制电 流的值 , 即可实现电机在各种特定响应条件下的 起动、 运行、 调速和制动。当然 , 亦可使电机速度 按其他预期的方式变化 , 如直线、 抛物线等 , 这些 在变结构控制中都可很方便地通过设置速度指令 来实现。
中小型电机 2003, 30( 1)
比较图 2 和图 5 可知, 过渡时间常数越小 , 速 度响应越快, 但所需电流则越大; 系统要求电流能 够快速响应 , 而在仿真时忽略了电感对电流的影 响, 但如果采用运算速度极快的 DSP 来控制电流 变化 , 则这种近似不会带来很大的误差 ; 由图 3 和 图 4 可知 , 有转矩波动时转速仍能很好地跟踪指 令值变化而不受到明显干扰, 即系统鲁棒性很好, 这在变负载运行的调 速系统中有很 大的实用价 值; 使用前面所述的速度指令进行调速控制不但
2
PMSM 调速系统的数学模型
s
采用转子磁链定向的矢量控制 ( 即 id = 0) 方 法对 PMSM 调速时, 要求电机定子三相电流合成 s 的空间综合矢量 i 应该位于 q 轴上 , 此时定子电 流全部用来产生转矩。若令 I = i , K T = p m 电磁转矩方程为 Te = K T I ( 1) 这种控制方式最为简单 , 只须准确检测出转子空 间位置 ( d 轴 ) , 通过控制逆变器输出使三相定子 电流的合成矢量位于 q 轴上即可。设 电机转子 的初始位置恰好为 d 轴与 A 轴重合处, 转子旋转 t 后, d 轴与 A 轴夹角为 = 0 d t , 其中 为转子

基于MATLABSIMULINK永磁同步电动机调速系统的建模与仿真

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

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

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。

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(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_Simulink的直接转矩控制仿真系统_唐湘越

基于Matlab_Simulink的直接转矩控制仿真系统_唐湘越

摘 要:直接转矩控制技术是一种具有优良静、动态性能的交流电机控制技术。

文章介绍了直接转矩控制技术的基本原理,并采用Matlab/Simulink 软件对直接转矩控制仿真系统进行了建立,通过对仿真系统的建立和仿真结果的分析,能为后续工作中正确建立硬件系统和编写软件应用程序具有指导意义,从而大大缩短了系统开发的时间,为下一步直接转矩控制的成功实现提供了基础。

关键词:直接转矩控制;异步电机;模型参考自适应;仿真系统中图分类号: TP391.9 文献标识码: A 文章编号:1673-1131(2010)01-043-04 一、直接转矩控制系统的基本原理直接转矩控制方法是1985年由德国鲁尔大学的Depen-brock 教授首次提出的,它是继矢量控制技术之后发展起来的一种新型交流变频调速技术。

直接转矩控制是根据给定的电磁转矩指令与交流电机的实际电磁转矩观测值相比较得到转矩误差,确定转矩的调节方向,然后根据定子磁链的大小与相位角确定选择合适的定子电压空间矢量,从而确基于Matlab/S imulink的直接转矩控制仿真系统唐湘越/大连交通大学(大连·116028)The direct torque control simulation system Based on Matlab/SimulinkAbstract: The Direct Torque Control technology is a kind of AC motor control technology which has excellent static and dynamic performance.The article introduces the basic principles of Direct Torque Control technology and set up simulation system of direct torque control using Matlab / Simulink software , through setting up the simulation system and analysising simulation results, it can set up the hardware system correctly and software applications giving the preparation of guidance, thus it reduces system development time greatly and provides the basis for implementation about direct torque control for the next step of success.Key words: Direct Torque Control; Asynchronous motor; model reference adaptive; Simulation System定三相电压源逆变器的开关状态,使交流电机的电磁转矩快速跟踪外部给定的电磁转矩指令值。

基于MATLAB的永磁同步电机直接转矩控制的仿真建模

基于MATLAB的永磁同步电机直接转矩控制的仿真建模
id =
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的永磁同步电机控制系统仿真研究.kdh

基于Matlab的永磁同步电机控制系统仿真研究.kdh

0 引 言 永磁同步电机由于转子采用永磁材料励磁,无励磁损耗,具有体积小、重量轻、结构简单、维护方便、运行可靠、力矩电流比高、高效节能易于控制等优点,从而在各个领域得到了广泛应用。

与此同时,对永磁同步电机控制系统的性能也提出了更高的要求,故需要建立永磁同步电机控制系统的仿真模型来验算各种控制算法,优化整个控制系统,可以在短时间内设计出预期效果的控制系统。

本文在分析永磁同步电机转子磁场定向控制的基础上,用Matlab6.5.1建立了永磁同步电机控制系统的仿真模型,并通过对实例电机的仿真,给出了各种仿真波形。

1 磁场定向控制原理 1972年,德国Siemens公司的F.Blaschke提出了交流电动机的矢量控制原理。

该理论通过矢量旋转变换和转子磁场定向,将定子电流分解为与磁场方向一致的励磁分量和与磁场方向正交的转矩分量,得到类似直流电机的解耦数学模型。

使交流电动机的控制性能得以接近或达到他励直流电动机的性能。

三相永磁同步伺服电机的模型是一个多变量、非线性、强耦合系统。

为了实现转矩线性化控制,就必须要对转矩的控制参数实现解耦。

转子磁场定向控制是一种常用的解耦控制方法。

转子磁场定向控制实际上是将Odq同步旋转坐标系放在转子上,随转子同步旋转,如图1所示。

两直角坐标系:αβ坐标系为定子静止坐标系,α轴与定子绕组A相轴重合;d-q为转子旋转坐标系,d轴与转子磁链方向重合,并以同步速ω逆时针旋转。

可以把定子电流综合矢量is在旋转坐标系d-q轴上分解,is=id+iq。

当三相合成的电流矢量is与d轴的夹角θ等于90°时可以获得最大转矩,id=iscosθ=0,iq=issinθ=is。

对于凸极式转子,Ld=Lq,转矩方程为 T=PΨf issinθ (1)式中:P为转子的磁极对数;Ψf为转子磁钢在定子上的耦合磁链,它只在d轴上存在。

当三相合成的电流矢量is与d轴的夹角θ等于90°时可以获得最大转矩。

基于SIMULINK的永磁无刷直流电动机及控制系统的建模与仿真

基于SIMULINK的永磁无刷直流电动机及控制系统的建模与仿真
转矩与转速模块 : 由电磁转矩方程式 (5) 可得 转矩输出的仿真模块 , 如图 3 中的左半部分所示 , 三相相电流与相应的反电动势系数相乘 ,求和后便 得到无刷直流电机的电磁转矩 。转速模块则由电 机的运动状态方程式 (6) 通过加 、减 、乘 、积分等模 块很容易的搭建出来 ,如图 3 右半部分所示 。
电磁转矩方程为 :
0 0 R iC
1 Te = ea ia + ebib + ecic ω
( 5)
电机的运动状态方程为 :

dt
=
1 J
[
Te
-
Tl -
Bω ]
( 6)
其中 , B 为阻尼系数 , J 为电机的转动惯量 , Tl 为负
载转矩 。
对电机模型的建立和仿真 , 其本质是对式 ( 4) 和式 ( 6) 状态方程的联立和调用四阶龙格 - 库塔函 数 ode45 的求解 。本文利用 SIIMULINK则可避开繁 琐的编程过程 , 把建模过程图形化 , 输出结果可视 化 ,直观化 。
包向华 , 章跃进 (上海大学 , 上海 200072)
摘要 : 根据电机的数学模型和运行原理 , 通过 MATLAB 软件的 SIMULINK和 PSB 模块 , 搭建了电机及整个控 制系统的仿真模型 。从仿真结果看出 ,该电机模型及控制系统跟实验的相符合 ,因此 ,加快了实际系统的设计 与分析 。
(下转第 35 页)
© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
2005 年 第 4 期
高延方 ,郭宏林 ,张文庆等 基于 FPGA 的高精度数字电源

基于MATLAB的永磁同步电机转矩控制系统仿真

基于MATLAB的永磁同步电机转矩控制系统仿真

基于MATLAB的永磁同步电机转矩控制系统仿真
刘杰英
【期刊名称】《信息技术》
【年(卷),期】2008(32)4
【摘要】随着电机技术的发展,永磁同步电机以其结构简单、体积小、效率高等优点在中小功率、高精度、高可靠性的调速系统中获得了广泛的应用,而直接转矩控制技术之后的一种新的控制方法.
【总页数】2页(P97-98)
【作者】刘杰英
【作者单位】哈尔滨制药总厂,哈尔滨,150046
【正文语种】中文
【中图分类】TM351
【相关文献】
1.基于MATLAB的永磁同步电机矢量控制系统仿真 [J], 叶军军
2.基于MATLAB的永磁同步电机矢量控制系统仿真 [J], 叶军军;
3.基于Matlab的永磁同步电机滑模变结构控制系统仿真研究 [J], 石文求
4.基于MATLAB的永磁同步电机矢量控制系统仿真 [J], 叶军军
5.基于Matlab的永磁同步电机滑模变结构控制系统仿真研究 [J], 石文求[1]因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

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文章编号: 1000-565X ( 2004 ) 01-0019-05
基于 MATLAB / SimuIink 的永磁同步电机 直接转矩控制仿真建模 *
谢运祥 卢柱强
( 华南理工大学 电力学院,广东 广州 510640 )

要: 介绍了永磁同步电机直接转矩控制系统各个环节的 MATLAB / SimuIink 建模方
it !! = ( ! ! - R s ・" ! ) it !" = ( ! " - R s ・" " )
(9) ( 10 )
式中 ! ! 、 !" 、 "! 、 " " 分别为电机电压和电流在 ! —" 坐标轴的分量, 而定子磁链的位置则可通过 ! —" 轴的分量和它们的正负号来决定. 由式 (5) , (8 ) 可以推导出 ! —" 坐标系的转矩 估算公式如下: Te = 3 n( ! " - !" " ! ) 2 p ! " ( 11 )
在逆变器和 PMSM 子模块间, 接入电压测量装 置以观测 A、 B 相 间 电 压, 因 为 当 Simuiink 模 块 与 PSB 模块相连时, 要求接入一个电气测量模块, 否则 仿真会出现错误.
2. 2
区段判断的实现
定子磁链矢量所在的区段我们可以根据磁链在
由 !! 的正负确定定 o—B 坐标上的分量进行判定, 子磁链矢量的象限, 再由 ! tan ( !" ) 决定定子磁链矢 !! 量的 具 体 位 置. 其 实 现 模 块 如 图 5 所 示. 其 中 的
DTC 系统是根据电机的转矩 前面已经介绍过, 误差状态、 磁链误差状态和磁链位置来选择逆变器 的开关信号. 如果将逆变器的开关状态也进行定义, 设逆变器桥臂上管导通时定义为状态 “1” , 下管通 时定义为 “0” , 则三相桥臂上的开关 S a 、 Sb 、 S c 共有 8 种状态组合, 其中 6 个非零电压矢量 #1 ~ #6 和两 个零电压矢量 #0 、 #7 的分布如图 3 所示. 当施加电 # 压矢量与 !s 夹角小于 时, 将使磁链幅值增加; 当 2
法, 并对系统进行仿真, 研究了系统的性能以及 PI 控制器参数对系统性能的影响, 同时比 较了不同转矩滞环环宽的转矩脉动情形. 结果表明, 该系统具有良好的转速、 转矩响应. 随 着转矩滞环环宽的变小, 转矩的脉动幅度也随之减小. PI 控制器参数中, 随着比例系数 K p 的增大, 系统动态响应加快, 积分系数 K i 则主要影响系统的稳态误差, 两者必须协调才能 使系统达到较好的性能. 关键词:同步电机;直接转矩控制;仿真;MATLAB / SimuIink 建模 中图分类号:TM92 文献标识码:A
和磁链的计算对控制系统性能影响较大, 为了获得 满意的转矩计算, 仿真研究是最有效的工具和手段. 本文中利用 MATLAB 软件下的 SimuIink 仿真工具 对 PMSM DTC 系统进行仿真; 同时还详细地介绍了 DTC 系统中各控制计算单元的模型的建立, 并分析 控制系统的性能.
式中: g 轴分量; Ld 、 L g 为定子 !d 、 !g 为定子磁链 d、 绕组 d、 g 轴等效电感; !d 、 ! g 为定子电流 d、 g 轴分 量; "d 、 " g 为定子电压 d、 g 轴分量; !f 为转子磁链; R s 为定子绕组电阻; # 为微分算子; ! r 为转子机械 T e 为电磁转矩; n p 为电机极对数; T m 为负 角速度; 载转矩; J 为电机转动惯量; B 为粘滞系数.
1. 2
直接转矩控制系统
直接转矩控制的结构原理如图 1 所示, 它由逆
20
华 南 理 工 大 学 学 报( 自 然 科 学 版)
第 32 卷
变器、 PMSM、 磁链估算、 转矩估算、 转子位置估算、 开关表和调节器等组成. 控制系统将电机给定转速 和实际转速的误差, 经调节器输出给定转矩信号; 同 时系统根据检测的电机三相电流和电压值, 利用磁 链模型和转矩模型分别计算电机的磁链和转矩大 小, 计算电机转子的位置、 电机给定磁链和转矩与实 际值的误差; 然后根据它们的状态选择逆变器的开 关矢量, 使电机能按控制要求调节输出转矩, 最终达 到调速的目的.
2. 3
转矩调节信号 T 和磁链调节信号 b
在转矩控制系统中, 转矩给定 T * e 是由速度环
Tabie 2 Reiationship between fiux iinkage sector and deita
角度 [ - # / 2, - # / 6) [ # / 6, # / 2) [5# / 6, 7# / 6) 区段
图7 Fig. 7 PMSM DTC 仿真系统的其他子系统 Other subsystems in the PMSM DTC system simuiation modei
3
仿真结果及分析
在仿真开始以前, 可执行菜单 Simuiation—Simu-
iation Parameters 设定仿真参数. 本系统的 PMSM 参 数设定为: 定子电阻 R s = 3 #, 直、 交轴的等效电感 L d = L g = 0 . 168H , 转子磁链!f = 0. 175Wb , 转动惯量
#6 #5 #2 #1
#2 #4 #3 #5
#3 #6 #1 #4
#1 #2 #5 #6
#5 #3 #4 #2
#4 #1 #6 #3
第l 期
谢运祥 等:基于 MATLAB / Simuiink 的永磁同步电机直接转矩控制仿真建模
2l
2
系统仿真模型的组建
在 PMSM DTC 仿真系统中, 主要使用 Simuiink
收稿日期: 2003 - 07 - 14 ( 03131 ) ;广州 *基金项目:教育部科学技术研究重点项目 市科技计划项目 ( 2002J1- C0041 ) 作者简介:谢运祥 ( 1965 - ) , 男, 教授, 主要从事电力电子 与电力传动研究. E-maiI: drxyx@ 163. com
2. l
仿真系统
利用 Simuiink 搭建图 l 的仿真模型如图 4 所示.
它包括 3 / 2 变换、 磁链估算和转矩估算等子系统. 进 否则仿真会出错. 行磁链估算时, 磁链初值不宜为 0, 因此在磁链估算子系统中, 要给积分模块 ( Integrator) 赋一个初值 ( Initiai Condition) , 本文中设为 0. 0l.
6 2 4
PI 控制器输出获得的. 磁链和转矩的误差信号, 按 式 ( l2 ) 进行计算以后输出, 磁链和转矩的误差信号 的具体实现过程如图 6 所示.
角度 [ - # / 6, # / 6) [ # / 2, 5# / 6) [7# / 6, 3# / 2)
区段
l 3 5
22
华 南 理 工 大 学 学 报( 自 然 科 学 版)
1. 1
永磁同步电机的直接转矩控制
永磁同步电机的数学模型
假设 PMSM 具有正弦波反电势, 磁路线性且不
考虑磁路饱和, 忽略电机中的涡流损耗和磁滞损耗, 可得到 PMSM 在转子同步旋转坐标系 i—g 轴系下 的数学模型为 !d = L d ! d + !f !g = L g ! g " d = R s ! d + #!d - ! r !g " g = R s ! g + #!g + ! r !d 3 T e = n( ! ! - !g ! d ) 2 p d g Te - Tm = J i! r + B! r it (1) (2) (3) (4) (5) (6)
第 32 卷 第 1 期 2004 年 1 月
华 南 理 工 大 学 学 报( 自 然 科 学 版 ) JournaI of S NaturaI Science Edition)
VoI. 32 No. 1 January 2004
时, 转矩增加; 落后于 !s 时, 转矩减小.
图3 Fig. 3
电压矢量和区段划分 Voitage vectors and zoning
用 b、 T 分别表示电机磁链和转矩的给定值和
图2 Fig. 2 坐标变换矢量图
实际值的误差状态, 当给定值比实际值大时状态为 1, 否则状态为 0 , 则由 b、 T 的状态以及磁链所处分 区的位置, 便可按表 1 选择开关电压矢量. 表 1 中的 S 是为了便于在 Simuiink 中实现查表 (7) 而设置的一个变量 S = 2b + T + 1
图1 Fig. 1 直接转矩控制系统框图
大于
Biock diagram of direct torgue controi system
# 时, 磁 链 幅 值 减 小. 当 电 压 矢 量 超 前 于 !s 2
在实际的直接转矩控制系统中, 需要采样电机 的三相电流, 且需进行坐标变换以便于计算. 各坐标 变换关系如图 2 所示.
库和 PSB( Power System Biockset) 库中的模块. 本研 究的仿真模型是基于 MATLAB 6. l / Simuiink 4. l 上 构建
[ 4]
.
图4 Fig. 4
基于 MATLAB / Simuiink 的 PMSM DTC 系统的仿真模型
Simuiation modei of PMSM DTC system based on MATLAB / Simuiink
永磁同步电 电机控制中. 随着电机技术的迅速发展, 机( Permanent Magnet Synchronous Motor ,简 称 PMSM) 已获得越来越广泛的应用, 将 DTC 控制策略 应用于永磁同步电机控制中, 以提高电机的快速转
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