永磁直线同步电动机的线性仿真模型
永磁同步电机控制系统仿真模型的建立与实现
电机的控制本文设计的电机效率特性如图转矩(Nm)转速(rpm)异步电机效率特性PMSM 电机效率特性本文设计的电动汽车电机采用SVPWM 控制技术是一种先进的控制技术，它是以“磁链跟踪控制”为目标，能明显减少逆变器输出电流的谐波成份及电机的谐波损耗，能有效降低脉动转矩，适用于各种交流电动机调速，有替代传统SPWM 的趋势[2]。
基于上述原因，本文结合0=d i 和SVPWM 控制技术设计PMSM 双闭环PI 调速控制。
其中，内环为电流环[3]，外环为速度环，根据经典的PID 控制设计理论，将内环按典型Ⅰ系统，外环按典型Ⅱ系统设计PI 控制器参数[4]。
1. PMSM 控制系统总模型首先给出PMSM 的交流伺服系统矢量控制框图。
忽略粘性阻尼系数的影响， PMSM 的状态方程可表示为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡J T L u L u i i P J P L R P P L R i i L q d m q d f n f n m n m n m q d ///002/30//ωψψωωω (1) 将0=d i 带入上式，有⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡J T L u L u i J P P L R P i i L q d m q f n f n mn m q d ///02/3/0ωψψωω (2) 式(1)、 (2)中，d i 是直轴电流，q i 是交轴电流，m ω是转速。
由式(1)、 (2)可以看出，实际是对电流d i 和q i 控制，将它们转化为d u 和q u ，然后经转换后实现PMSM 的SVPWM转矩 (Nm )转速(n /(mi n ))效率转速 (rpm)转矩 (N m )控制。
画出PMSM 的控制系统框图如图1所示。
注意电流环的PI 调节器可以同时控制两个量，在matlab 中建模时将其分开，但参数是一样的。
永磁同步直线伺服电机机电动力学模型的建立与仿真
２ 永磁 同步直线伺服 电机 的机 电动力 学模型 ：
在建立永磁 同步伺服直线电机数学模型之前 ， 做如下假设 ：
ａ ． 忽略铁 心饱 和 ； ｂ ． 不 计涡 流 和磁 滞 损耗 ；
Ｃ ． 动子上没有阻尼绕组 ， 永磁体也没有阻尼作用； ｄ ．电动 势是 正
基金项 目： 内蒙古工业大学科学研究项 目（ Ｚ Ｓ ２ ０ １ ｌ ｌ ５ ）
作者简介 ： 闫军（ １ ９ ７ ４～） ， 男， 研究方 向： 机 电动力学 。
１ ｌ ２
内蒙古工 业大学学报
２ ０ １ ３年
不 变 。直线 电机 可 以是 短初 级长 次级 ， 也 可 以是 长初 级短 次级 。
ｆ
丢 （ 老 ） 一 ＋ 差 ＋ 差＝ 吲１ ‘ ， ２ ， － － － ， ｍ ）
ｄ（ Ｏ Ｌ）
一
＋
ｌ ＇ ２ ， …
拉格 朗 日函数 和耗 散 函数为 ：
ｒ
Ｌ＝ｒ （ ｑ ｊ ， ） 一Ｖ （ ｑ ｊ ） ＋ （ ， ｅ ）一 （ ， ｅ ）
闫 军 ， 周 志 霞 ， 武建新‘
（１ ．内蒙古工业 大学 机械学院 呼和浩特 ０ １ ０ ０ ５ １ ； ２ ．内蒙古工业大学 电力学 院 ， 呼和浩特 ０ １ ０ ０ ５ １）
摘要： 永磁 同步 直线 伺服电机的机 电动力学系统是一个 多变量 、 非线性 、 强
耦 合的系统 。它 的理论研究 与实际应 用有一定 的难 度。应用 能量 的方 法 来解 决此类 问题 ， 能达到较好的效果 。应用拉格朗 １ ３一 麦克斯 韦方程建立 系统 的机电动力学模型 ， 通 过 ｃ变换将 三相 参考 系 的拉 格 朗 日 一麦克 斯
原理 结构 图如 图 １ 所示。
永磁同步电机的仿真模型
永磁同步电机的仿真模型1、永磁同步电机介绍永磁同步电动机(permanent Magnets synchronous Motor, PMSM),转子采用永磁材料,定子为短距分布式绕组,采用三相正弦波交流电驱动,且定子感应电动势波形呈正弦波"定子绕组通过控制功率管(如IGBT)的不同开关组合,产生旋转磁场跟踪永磁转子的位置,自动地维持与转子的磁场有900的空间夹角,以产生最大的电机转矩"旋转磁场的转速则严格地由永磁转子的转速所决定,PMSM具有直流电动机的特性,有稳定的起动转矩,可以自行起动,并可类似直流电动机对电机进行闭环控制,多用于伺服系统和高性能的调速系统。
永磁同步电动机按转子形状可以分为两类:凸极式永磁同步电机和隐极式永磁同步电机。
它们的区别在于转子磁极所在的位置,凸极式永磁同步电机转子磁极是突起在轴上的,其直轴和交轴电感参数不相等"而隐极式永磁同步电机的转子磁极是内置在轴内的,直轴和交轴电感参数相等"凸极式转子具有明显的磁极,定子和转子之间的气隙是不均匀的,因此其磁路与转子的位置有关。
2、永磁同步电机的控制方法目前对永磁同步电机的控制技术主要有磁场定向矢量控制技术（field orientation control,FOC）与直接转矩控制技术（direct torque control，DTC）。
在这里我们使用磁场定向矢量控制技术来建立永磁同步电机的仿真模型。
磁场定向矢量控制技术的核心是在转子旋转坐标系中针对激磁电流id和转矩电流iq分别进行控制，并且采用的是经典的PI线性调节器，系统呈现出良好的线性特性，可以按照经典的线性控制理论进行控制系统的设计，逆变器控制采用了较成熟的SPWM、SVPWM等技术。
磁场定向矢量控制技术较成熟，动态、稳态性能较佳，所以得到了广泛的实际应用。
该方法摒弃了矢量控制中转子磁场定向的思想，采用定子磁场定向，分别对定子磁链和转矩直接进行控制。
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。
永磁同步电机的仿真模型.docx
永磁同步电机的仿真模型1、永磁同步电机介绍永磁同步电动机(permanent Magnets synchronous Motor, PMSM),转子采用永磁材料,定子为短距分布式绕组,采用三相正弦波交流电驱动,且定子感应电动势波形呈正弦波"定子绕组通过控制功率管(如IGBT)的不同开关组合,产生旋转磁场跟踪永磁转子的位置,自动地维持与转子的磁场有900的空间夹角,以产生最大的电机转矩"旋转磁场的转速则严格地由永磁转子的转速所决定,PMSM具有直流电动机的特性,有稳定的起动转矩,可以自行起动,并可类似直流电动机对电机进行闭环控制,多用于伺服系统和高性能的调速系统。
永磁同步电动机按转子形状可以分为两类:凸极式永磁同步电机和隐极式永磁同步电机。
它们的区别在于转子磁极所在的位置,凸极式永磁同步电机转子磁极是突起在轴上的,其直轴和交轴电感参数不相等"而隐极式永磁同步电机的转子磁极是内置在轴内的,直轴和交轴电感参数相等"凸极式转子具有明显的磁极,定子和转子之间的气隙是不均匀的,因此其磁路与转子的位置有关。
2、永磁同步电机的控制方法目前对永磁同步电机的控制技术主要有磁场定向矢量控制技术（field orientation control,FOC）与直接转矩控制技术（direct torque control，DTC）。
在这里我们使用磁场定向矢量控制技术来建立永磁同步电机的仿真模型。
磁场定向矢量控制技术的核心是在转子旋转坐标系中针对激磁电流id和转矩电流iq分别进行控制，并且采用的是经典的PI线性调节器，系统呈现出良好的线性特性，可以按照经典的线性控制理论进行控制系统的设计，逆变器控制采用了较成熟的SPWM、SVPWM等技术。
磁场定向矢量控制技术较成熟，动态、稳态性能较佳，所以得到了广泛的实际应用。
该方法摒弃了矢量控制中转子磁场定向的思想，采用定子磁场定向，分别对定子磁链和转矩直接进行控制。
永磁同步直线电机数学模型
永磁同步直线电机数学模型永磁同步直线电机是一种应用于直线运动控制系统的新型电机。
它具有高效率、高精度、高刚度和快速响应的特点，广泛应用于工业自动化、高速列车、机床、印刷、数控机床、半导体设备等领域。
永磁同步直线电机的数学模型是描述其运动规律的数学表达式。
通过建立数学模型，可以分析和预测电机的性能，并设计出最优的控制策略。
永磁同步直线电机的数学模型主要包括动态模型和静态模型两部分。
动态模型描述了电机的运动状态和响应特性。
它基于牛顿第二定律和电机动态方程建立，考虑了电机的负载惯性、摩擦力和电磁力等因素。
动态模型可以用于分析电机的加速度、速度和位置等动态性能。
静态模型描述了电机的静态特性。
它基于电机的静态平衡方程建立，考虑了电机的电磁力、重力和摩擦力等因素。
静态模型可以用于分析电机的静态力学性能，如电机的负载能力和刚度等。
在建立永磁同步直线电机的数学模型时，需要考虑电机的结构参数、电磁参数和控制参数等因素。
结构参数包括电机的长度、宽度和高度等几何尺寸，电磁参数包括电机的磁极数、电流和磁链等参数，控制参数包括电机的控制电流和控制电压等参数。
根据实际应用需求，可以对模型进行简化或者增加更多的参数，以提高模型的准确性和适用性。
通过数学模型，可以对永磁同步直线电机的性能进行分析和优化。
例如，可以通过模型预测电机的响应时间、稳态误差和精度等指标，在设计过程中选择合适的结构参数和控制参数，以实现最佳性能。
此外，还可以通过模型分析电机的负载能力和刚度，评估电机在不同工况下的可靠性和稳定性。
永磁同步直线电机的数学模型是分析和设计电机的重要工具。
通过建立准确的数学模型，可以深入理解电机的运动规律和特性，为电机的应用和控制提供有效的指导。
同时，也可以通过模型优化电机的性能，提高电机的效率和精度，满足不同领域和应用的需求。
一种精确的永磁同步电机数学模型及仿真模型的研究
湖北 民族学 院学报 （ 自然科 学版）
Ｊｕｎｌ ｆ ｕｅ Ｕ ｉｅ ｉ ｒ ａ ｏａｔ ｓＮ ｔｒ ｃ ｎｅＥｉｏ ） ｏｒａｏ ｂｉ ｎ ｒｔ ｆ ｔｎｌｉ （ ａ ａＳｉ ｃ ｄｔ ｎ Ｈ ｖ ｓ ｙｏ Ｎ ｉ ｉｅ ｕｌ ｅ ｉ
映 电机的真 实情 况． 关键词 ： 永磁 同步电机 ； 铁耗 ； 数学模型 ； 真模 型 ； 场定向 矢量控制 仿 磁
中图 分 类 号 ：Ｍ３ １ Ｔ ５ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ８— ４ ３ ２０ ）３— ３ ７— ４ １０ ８２ （０ ８ ｏ ０ ４ ０
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｃ ｒ ｔ ａ ｈ ｍ ａ ｉａ ｏ ｅ ｎ ｉ ｌ ｔ ｎ Ｍ ｏ ｅ ｆＰ Ｓ ｔ ｄ ｆＡｎ Ａｃ ｕ ａ ｅ Ｍ ｔ ｅ ｔ ｌＭ ｄ ｌａ ｄ Ｓ ｍｕ ａ ｉ ｄ ｌ Ｍ Ｍ ｃ ｏ ｏ
ＧＡＯ ｈ Ｓ ｉ—ｈ ｎ ． ＯＮＧ ｎ—ｈ ａ ｏ ｇ ＸＩ Ｙｕ ｕｉ
（ ． ｅａｔｅ ｔ ｆ ｌ ｔｃ ｎｉｅｒ ｇＨｕｅ Ｕ ｉ ｒｔ ｒ ａｏ ａｔ ｓＥ ｓｉ ４ ０ ０ Ｃ ｉａ １Ｄ ｐｒ ｎ ｏ ｅ ｒ ａ Ｅ ｇｎｅｉ ， ｂｉ ｎｖ ｓ ｙｆ ｔ ｎｌ ｅ ， ｎｈ ５０ ， ｈｎ ； ｍ Ｅ ｃｉ ｌ ｎ ｅ ｉ ｏ Ｎｉ ｉ ｉ ４
Ｖｏ． ６ Ｎｏ ３ １２ ．
Ｓ ｐ． ０ ｅ ２ ０８
一
种 精 确 的永 磁 同步 电机 数 学 模 型 及 仿 真 模 型 的研 究
高仕红 熊云槐 ，
（． １ 湖北 民族 学 院 电气 工程 系， 湖北 恩施 ４ ５０ ４ ００；
２ 利 川 市 电力公 司， ． 湖北 利 川 ４ ５ ０ ） ４４ ０
基于Matlab7.1／Simulink的永磁直线同步电机的建模与仿真
Ｉ Ｍ ａ ｌ ７ ／ ｉ ｌ ｋ，ｔ ｅ ｓ ｌｔ ｄ ｎ ｔ ｂ ．１ Ｓ ｍｕ ｉ ａ ｎ ｈ ｉ ａ ｅ ｏ
中图分 类号 ： Ｔ ５ 文献 标识码 ： Ａ Ｍ３ １
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：
ｂｏ ｋ ，ｓ ｃ 芒 Ⅷ ｌｃ ｓ ｕ ｈ Ｌ ＰＩ ｓ
磁链 扇 区观测和 开关 表等 模 块 的建 立和 组合 ， 构建
Ｋｅ ｏ ｄ ： Ｐ ＬＳ ； ａ ｌｂ １ ｓ ｕ ａ ｉｎ ｍｏ — ｙＷ ｒ ｓ Ｍ Ｍ Ｍ ｔ ７． ： ｉ ｌｔ ； ｄ ａ ｍ ｏ ｅ ｉｇ ｌ ｎ
维普资讯
２０ ０７年 第 ２ ２卷 第 ４期 （ 总第 ８ 期） １
文章编号 ： １０ —６４ （０ ７ ０ —０ ５ ０ ５ ５８ ２ ０ ）４ ４ ０—０ ４
电
力 学
报
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ４ ２ ０ １２ ． ０ ７
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＥＬ ＴＲＩ ＯＷ ＥＲ ＥＣ ＣＰ
（ｕ ８ ） Ｓ ｍ．１
基 于 Ｍａｌ ７ １ Ｓｍｕｉｋ的 ｔ ｂ ．／ ｉ ｌ ａ ｎ 永 磁 直 线 同 步 电机 的建 模 与 仿 真
贺 凯 ， 熊光 煜
（ 太原理 工大 学 电气与动 力工程 学院 ， 山西 太原 ００ ２ ） ３ ０４
Ｍ ｏ ｅ ｉ ｎｄ ｓｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｄ ｌｎｇ ａ ｉ ｌ ｔｏ ｆ ＰＭ ＬＳ ａ ｅ ｎ Ｍ ａ ｌ ｂ １ Ｓ ｍ ｕ ｉ ｋ Ｍ ｂ ｓ ｄ ｏ ｔａ ７． ／ ｉ ｌｎ
直线 电 机是 １种 将 电能 直 接 转 换成 直 线 运 动 机械 能而 不 需 任 何 中 间 转换 机 构 的传 动 装 置 。采
永磁直线同步电动机模型参考自适应神经元速度控制的仿真
Ｚ ａ ｇＬ ｕ ｎ Ｌ ｏ ｎ ｕ ｈ ｎ ￣ ａ ｕ ｙ Ｄａ
Ｚｈ ｎ ｚ ｏ ｅ ｔ ｏ ｒＣｏ ｌ ｇ ｅ ｇ ｈ ｕ Ｅｌ ｃ ｉ Ｐ ｗｅ ｌ ｅ ｃ ｅ
摘
要： 针对永 磁直线同步 电动机 的矢量控制系统，
１ 永磁 直线同步 电动机 数学模 型
永磁 直线同步电动机数学模 型的建 立是计 算机 仿真 的前提 。 推导过 程 中， 如下假 设 在 做
直 接 驱 动 的 永 磁 直 线 同步 电 动 机 ，由于 其
Ｂ 粘滞摩擦系数； 一 负载阻力；
一
省掉了中间的传动环 节， 消除了机械传动链 的影 响； 又因其采用高性能永磁体 ， 具有电磁推力强
电磁推力； 永磁体有效磁链 ；
。 （） ３
度高 、 损耗低 、 电气 时间常数小 、 响应时间快 等
（） １ 忽略铁心饱和； （） ２ 不计涡流和磁滞效应；
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｆ ｒ ｅ ｍａ ｅ ｔ ｇ ｅ ｎ ａ ｙ ｃ —ｏ ｏ ｓ ｓ ｒ ｅ ： ｏ ｐ ｒ ｎ ｎ ａ ｍａ ｎ ｔ ｉ ｅ ｒ ｎ ｈ ｒ ｎ ｕ ｌ ｓ
ｍｏｏ（Ｍ Ｌ Ｍ ） ｅｔｒｃ ｎｒｌ ｙ ｔｍ， ｅ ｒ ａ ｉｉｇ ｔｒＰ Ｓ ｖ ｃｏ ｏ ｔ ｓ ｏ ｓ ｅ ｓｌ ｇ ｎｚｎ ｏ
ｐ ｒ ｍｅｅ ｕ ｚ ｏ ｔｏ Ｓ ｅ ｄｃ ｎ ｒ ｌ ｒ Ｓ ｍｕ ａｉ ｎ ａ ａ ｔｒ ｚ ｙ ｃ ｎ ｒ ｌ ｐ ｅ ｏ ｔｏ ｌ ｉ ｌ ｔ ｆ ｅ ｏ
Ｍ ｄ ／ｔＢ ＋ ｆＫｆ ｖｄ＋ ｖ Ｆ ＝ ｉ ａ
（） １
（ ２）
Ｋｆ 一
式 中：Ｍ一 电动机的动子质量；
（） ３ 动子上没有阻尼绕组 ， 永磁体也没有阻
永磁同步电机的模型和方法ppt课件
线重合， β轴超前α 轴90度，在α 、 β 、o坐标系中的电压电流，
可以直接从A 、B、C三相坐标系中的电压电流通过简单的线性
变换可以得到。一个旋转矢量从A 、B、C三相定子坐标系变换
到α 、 β 、o坐标系成为3/2变换，有
• 经过变换后得到α 、 β 、o坐标系的电压方
围。
• 力矩平衡方程式为：
• − =
+
• 从上述分析可以看出在d 、q、0坐标系下的
数学模型简单的多，方便控制
• 根据电机的数学模型，可以将永磁同步电
机简化为如图所示的d，q轴模型。永磁同
步电机的转矩方程表示发电机的电磁转矩
可以通过控制定子电流的d，q轴分量进行
控制。
程为：
• α 、 β 、o坐标系的磁链方程为：
• 其中：Ld、Lq分别是同步电机直轴交轴电感；
为永磁极产生的与定子绕组交链的磁链
在α 、 β 、o坐标系中，经过线性变换使A 、
B、C三相坐标系中的电机数学模型方程得到一定
简化。针对内永磁同步电机，因为转子的直、交
轴的不对称而具有凸极效应，因此在α 、 β 、o
永磁同步发电机控制策略
• 永磁同步发电机常用的矢量控制策略有：
（1）isd=0 控制；
• （2）最大转矩电流比控制：
• （3）单位功率因数控制；
• （4）最小损耗控制等。
• 每种控制策略都有其优缺点，于是针对永
磁同步电机不同控制目标下的矢量控制策
略进行比较分析。
• 2.1 id=0电流控制
• id=0的控制称为磁场定向控制，这种控制
永磁同步电机的模型和方法课件
电流方程
电流方程描述了PMSM的定子 电流与转子位置之间的关系。
电流方程通常表示为：I = Iq×sin(θr) + Id×cos(θr)，其中 I是电流矢量，Iq是定子电流矢 量，Id是直轴电流矢量，θr是转
子位置角。
该方程反映了随着转子位置的变 化，定子电流矢量的变化情况。
磁链方程
磁链方程通常表示为：Ψ = L0×I + L1×(θr)，其中Ψ 是磁通链数，L0和L1是与电机结构有关的常数，θr 是转子位置角。
06 参考文献
参考文献
01
总结词
详细描述了PMSM的数学模型和等效电路模型，并给出了仿真结果和实
验结果。
02 03
详细描述
本文介绍了永磁同步电机的数学模型和等效电路模型，通过仿真和实验 验证了模型的准确性和有效性。该文还对PMSM的控制器设计进行了详 细讨论，为PMSM的控制提供了理论依据。
总结词
磁链方程描述了PMSM的磁通链数与转子位置角之间 的关系。
该方程反映了随着转子位置的变化，磁通链数的变化 情况。
转矩方程
转矩方程描述了PMSM的输出转矩与定子电流之间的关系。
转矩方程通常表示为：T = (P/2π)×(θr×Iq)，其中T是输出转矩，P是电机极对数，θr是转 子位置角，Iq是定子电流矢量中的直交分量。
永磁同步电机的发展趋势和挑战
发展趋势
随着技术的不断发展，永磁同步电机将朝着更高效率、更高可靠性、更小体积和更低成本的方向发展 。同时，随着智能制造和物联网技术的快速发展，永磁同步电机的智能化和网络化也将成为未来的发 展趋势。
挑战
尽管永磁同步电机具有许多优点，但在高温、高湿、高海拔等恶劣环境下运行时，仍存在一些挑战。 例如，高温会导致永磁材料性能下降，高湿会使电机腐蚀生锈，高海拔会使电机功率下降等。因此， 提高永磁同步电机的环境适应性是当前面临的重要问题之一。
永磁直线同步电机矢量控制模型及仿真的研究
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
永磁同步电机调速系统的建模与仿真
永磁同步电机调速系统的建模与仿真引言永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）作为一种具有高效能和高功率密度的电机，广泛应用于工业和交通领域。
在实际应用中，调速系统的性能对于电机的工作效率和稳定性至关重要。
因此，对永磁同步电机调速系统进行建模与仿真分析是非常有意义的。
本文将介绍永磁同步电机调速系统的建模过程，并利用仿真工具对其进行验证和分析。
首先，我们将介绍永磁同步电机的基本原理和特点，然后讨论调速系统的要求和功能。
接下来，我们将详细介绍建模过程，包括电机参数的确定、数学模型的建立等。
最后，利用仿真工具进行一系列实验，并对实验结果进行分析与讨论。
永磁同步电机的基本原理与特点永磁同步电机是一种采用永磁体作为励磁源的感应电机，其基本原理是利用电磁感应产生的磁场与永磁体磁场之间的相互作用，从而实现力矩输出。
与其他电机相比，永磁同步电机具有以下特点：•高效能：由于永磁体的磁场不需要外部供电，电机的能量转换效率较高。
•高功率密度：永磁材料具有较高的磁能密度，同样功率下的永磁同步电机尺寸较小。
•高响应性：永磁同步电机响应速度快，能够快速适应负载变化。
•平滑运行：电机工作过程中无需传统感应电机的公差、电刷及电架等机械部件，运行平稳。
调速系统的要求与功能永磁同步电机的调速系统需要满足一定的要求和功能，主要包括以下几点：1.速度闭环控制：调速系统需要实现对电机运行速度的闭环控制，使其能够稳定地运行在设定的转速范围内。
2.高动态响应：调速系统需要具有较高的控制带宽，能够快速响应负载变化和指令调整。
3.自抗扰能力：调速系统需要具备较强的自抗扰能力，能够有效抵抗外部干扰对电机运行的影响。
4.电流保护：调速系统需要实现对电机电流的实时监测和保护，避免电流过大对电机和系统的损坏。
永磁同步电机调速系统的建模过程1. 确定电机参数在建立调速系统的模型之前，首先需要确定永磁同步电机的参数。
永磁同步电机系统仿真
转矩与电流成正比关系 永磁同步电机系统的转矩与电流的相位差有关 转矩和电流的调节可以通过控制算法实现 了解转矩和电流的关系有助于优化电机性能
电压方程：描述电机的电压与 电流之间的关系
磁链方程：描述电机的磁链与 电流和磁通之间的关系
转矩方程：描述电机的转矩与 电流和磁通之间的关系
运动方程：描述电机的转速与 转矩和电机参数之间的关系
添加标题
常见仿真软件：ANSYS Maxwell、COMSOL Multiphysics、FEMM等
添加标题
适用场景：ANSYS Maxwell适用于电磁场仿真，COMSOL Multiphysics适用于多物理场耦合仿真，FEMM 适用于电机电磁场仿真
添加标题
精度和稳定性：ANSYS Maxwell和COMSOL Multiphysics精度较高，稳定性较好，而FEMM适用于简单模 型仿真，精度和稳定性相对较低
永磁同步电机系统 仿真的应用和发展 趋势
工业自动化：用于控制机器人、自动化生产线等 新能源汽车：作为驱动电机，提高能效和性能 航空航天：用于控制无人机、卫星等高精度设备 医疗器械：用于精密手术器械的控制和操作
添加 标题
高效能：随着技术的进步，永磁同步电机系统 的仿真将更加高效，能够更快地得到精确的结 果。
永磁同步电机系统 的仿真软件
Simulink：用于动态系统建模和仿真，支持多种永磁同步电机模型 FEMTO-ST MCU：专门用于电机控制系统的仿真，包括永磁同步电机 dSPACE：实时仿真系统，可用于永磁同步电机控制算法的验证 MATLAB/Simulink：电机控制系统设计和分析工具，适用于永磁同步电机仿真
永磁同步电机系统仿 真
汇报人：XX
目录
永磁同步直线电机的数学建模
R=3.740625Ω
数学建模
永磁同步直线电机
为了方便分析控制性能和导出控制方法引入坐标变换
• 三相交流变量 Clarke变换 • 两相交流变量 Park变换 • 两轴直流变静止坐标系
变 换 矩 阵
两相旋转坐标系
建模前的假设
• 1）不考虑磁路饱和，忽略端部效应(如极数尽量取多，行 程两端留有较长的磁轨等) • 2）气隙中的磁场在空间上按正弦分布。
永磁同步直线电机的 d-q 轴模型
参数： L 为电枢轴电感 p 为极对数 Ψf为定子永磁体在电枢中的耦合磁链 Ke= Ψf· 为反电动势系数 p Kt=K·Ψf为推力系数 v 为电机速度 M 为动子和负载的质量 B为粘滞摩擦系数 Fm为电磁推力 Fd为负载阻力
永磁同步直线电机的数学模型框图
电枢电阻的计算
永磁直线无刷直流电动机的建模与仿真
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永磁同步电机的仿真模型
永磁同步电机的仿真模型1、永磁同步电机介绍永磁同步电动机(permanent Magnets synchronous Motor, PMSM),转子采用永磁材料,定子为短距分布式绕组,采用三相正弦波交流电驱动,且定子感应电动势波形呈正弦波"定子绕组通过控制功率管(如IGBT)的不同开关组合,产生旋转磁场跟踪永磁转子的位置,自动地维持与转子的磁场有900的空间夹角,以产生最大的电机转矩"旋转磁场的转速则严格地由永磁转子的转速所决定,PMSM具有直流电动机的特性,有稳定的起动转矩,可以自行起动,并可类似直流电动机对电机进行闭环控制,多用于伺服系统和高性能的调速系统。
永磁同步电动机按转子形状可以分为两类:凸极式永磁同步电机和隐极式永磁同步电机。
它们的区别在于转子磁极所在的位置,凸极式永磁同步电机转子磁极是突起在轴上的,其直轴和交轴电感参数不相等"而隐极式永磁同步电机的转子磁极是内置在轴内的,直轴和交轴电感参数相等"凸极式转子具有明显的磁极,定子和转子之间的气隙是不均匀的,因此其磁路与转子的位置有关。
2、永磁同步电机的控制方法目前对永磁同步电机的控制技术主要有磁场定向矢量控制技术（field orientation control,FOC）与直接转矩控制技术（direct torque control，DTC）。
在这里我们使用磁场定向矢量控制技术来建立永磁同步电机的仿真模型。
磁场定向矢量控制技术的核心是在转子旋转坐标系中针对激磁电流id和转矩电流iq分别进行控制，并且采用的是经典的PI线性调节器，系统呈现出良好的线性特性，可以按照经典的线性控制理论进行控制系统的设计，逆变器控制采用了较成熟的SPWM、SVPWM等技术。
磁场定向矢量控制技术较成熟，动态、稳态性能较佳，所以得到了广泛的实际应用。
该方法摒弃了矢量控制中转子磁场定向的思想，采用定子磁场定向，分别对定子磁链和转矩直接进行控制。
永磁同步电机仿真
基于Matlab永磁同步电机控制系统建模仿真
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
永磁同步电机系统框图
永磁同步电机系统仿真建模控制框图
速度控制模块
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Tl= TN=2N・m起动,可以得到转速响应曲线、转矩响应曲线、ia,ib,ic相电流曲线分别如图a、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Te达到24N・m,但是很快稳定在设定值2N・m,并有轻微波动.ia,ib,ic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
a
b
c PMSM仿真输出曲线。
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型对该 样机在负 载为１ ｇ 的 动性 进行了 计 表ｌ 三 流 （ 墓波有效 ４ 时 起 能 ｋ 仿真 算， 为 相电 稳态
值）的 计算值与实验值的比 较；可见，由 于电 枢铁芯开断、 补偿绕组等影响，各相之间的 互感及绕组电阻不相等，电 机绕组的 三相电 流不对称。
表 ｔ 计算值与实给值
项目
１ Ｉ Ａ
。 Ｖ ． 一 Ａ ＂ｅ ａ （ 一＇ ＝ ＋ ＆Ｃ ） ＇ ａ （ Ｂ Ｗ － ｃ＇ Ｉ ） Ａ Ｌ ｃ ｃ ｓ ＝。
ａ二ｍ十Ｏ ＭｅＭｃ ａ二（， 况 一 一 ． ：Ｌ Ｌ 一 ｃ一 Ｂ．９ Ｖ ，十 “ Ｗ。 ａ ｃ Ｃ ＆ ｗ ）
ｅ ｃ ＾－ ｃ，ｅｃ ｅ ｃ Ａ ＝ ｅ ｅ Ｂ ＝ｅ －ｅ
艺
２
．出功串及电 盛力
（ ７） Ｐ Ａ＇－ Ｂｔ ＝ Ａ Ｃ ＵＣ ＇ Ｂ ＇ Ｕ 将 （ －６ ３ － ）式代入 （） ７ 式，根据功率平衡关系可得到电 磁功率和电 磁力分别为：
瞬时输出功率为：
Ｐ ＝ ＣＡ ｅ ｅ ＇ Ａ
＋９ｅ。 ＋ａＡ ＋ｇ Ｆ ｐ ｅ ｌ ， ２Ｊ ａ孟 ｃ ＋ 叹 ，Ｊ ｉ Ｂ ＝｀ （ ８ ）
江旭东， 鹰等 永 线同 动机二 里叶 袁世 磁直 步电 维傅 解析．煤炭 报， ｏ２Ｎ ．１ ９４１ １ 学 Ｖｌ ｏ ，９， １４５ ． ４９ ｐ － ４
江旭东，王福忠。王兆安等． 不对称运行水磁直线同步电动机的稳态性能计算．电工技术学报．
Ｖ ｌ６ ｏ ， ０ ｏ． ， ．２ １ １Ｎ ２ ０
３ 初粗铁粗 －
２ｌ 电压方程式
ｕ ＝ ＋ ｎ ｉ Ｐ ｒＡ 践 ｗ ， ＝ ＋ 气 。 Ｔｌ ａ 夕 ｉ 掩 ＝ Ｐ ｒ ｃ 纪十 羚
磁链方程式
（） １
汽 ＝ ，Ｉ＋ ＢＳ Ｃｃ Ａ Ｌ Ｕ ｉ＋ ｔ＋ Ｍ， Ｍ， ＦＭ 气 ， Ａ 十 ， ａ ＭＢｉ＋ ＷＭ ＭＢｉ Ｌ ｉ十 Ｃ Ｐ Ａ ｃ Ｂ 外 ＝ Ａ ＋ ａ ＋ ：＋ ａ ＭＣｉ ＭＣ ６ Ｃ Ｐ ｗ ｉ Ｌ ｃ Ｔ ａ Ｃ
１ ＾ ，／
ｌ ＾ ｃ／
计算值
实 脸１
一 ； ：
： 一 ： ：
； ｝ ：
四、结语
（） １ 用整体分层线性模型便于快速求取各相的自 感和互感，以及永磁体产生的励磁电 势， 可较好地考虑了电 机的结构特点如补偿绕组、半坟槽、 谐波、 边端效应等影晌， （）由于电 枢铁芯开断、 ２ 绕组不连续等影响， 各相之间的 互感井不对称，因 此，电机 稳态运行时，电 磁推力具有不同 程度的 波动，且三相电 流不对称：进一步的 仿真计算表明， 它可以 通过减小互感不对称的 程度以 及减小电 机的动子质ｔ等方面来减弱或消除； （） ３ 本文初步建立了 永磁直线同 步电 机的线性仿真棋型， 这对于一般工作与大气陈、 不饱和状态的 Ｐ ＬＭ 是适用的， ＭＳ 但在小气陈等情况下还应进一步计入磁场饱和效应、涡
八 Ｉ， 余 流 零 对 同 次 位 ， 照 献 １ １方 采 整 分 线 模 ＝ 其 电 为 ， 不 的 级 置 按 文 ［ ２ 法 用 体 层 性 型 Ａ １的 ［
和逐梢电 流法考虑初级的结构特点、 边端效应等影响，用傅里叶解析法求解相应的磁场分
布 各 磁 ， 得 应 Ｌ。 不 的 重 前 过 ， 可 出 相 感 相 之 和 相 链 求 相 的 ｅ 对 同 相 复 面 程 即 求 各 的自
． ・气 ” “ ・叱 上
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对于 同 动 来 其 作 用 磁 产生 励 势Ｅ来反 这 步电 机 说。 励磁 用可 永 体 的 磁电 ｏ 映， 就是 永磁
（） ５
・Ｐｊ＾ ＝ ＳＣ 。 Ｒ＋ ， －ｇＣ ４ ａ ｝Ｕ 一２ｃ ｒ ａＡ＋２ 一 Ａ ｕ （ ｃ ａ １ ａ ｒ ａ － ， ／ ．ＰＪｅ
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（） Ｚ
其 ， Ａ ＂ ＂ 为 磁 与 级 组 互 磁 。 ； Ｍ 为 相 自 和 中 ＴＭ Ｂ Ｃ 永 体 初 绕 的 感 链 Ｌ， 各 的 感 Ｔ Ａ Ｍ Ｍ ｉ ６ 相 之 的 感 ｒ初 绕 的 阻 互 间 互 ：； 级 组 电 ： 为
电 参 由（ ： 数 式３ 得 感 ） 求
真模型。
三、结果分析 妞 心 匆 御 衡 即 匆 匆
为了 验证和模拟 Ｐ ＬＭ 的各种运行性能，我们设计建立了 ＭＳ 直线电 机徽机侧试平台． 该系统利用微机实时采集数据。同时 对扁平单边型直线电 机的三相麟态电压、电 流、速度、 拉力和垂直力等多个通道进行侧试，并可对侧试结果进行原始波形储存、打印、墓波提取 等后处理。 在该测试平台上被测试的一台 永磁直线同步电 机实脸样机的 主耍奋数为： 极数６ 槽数２ 有补偿绕组） 气隙Ｓ ｍ 槽宽Ｓ ｍ 槽深２ｍ ； ０（ ； 。 ｍ； ｍｏ ８ｍ 极距ｓ ３ ｍｎ ＝ ９ － ｉ ， 磁体长２ｍ ；磁体宽 １ ｍ ；次级材料：教铁翻 （ ｄｅ ） ７ｍ ２ ｍ ０ Ｎ ＦＢ ； 这台实验样机是由 一台直线感应电 （０ ｚ 频串）的 机 ５Ｈ 供电 铁芯重绕改制的，受侧试平 台的行程所限 〔． 行程） 供电 ２ｍ ５ 。 频率较低只有 ４ ｚ Ｈ ．侧试过程， 先起动变颇器 （ 三 物出 相线电 ３Ｖ 压 ５ ，频率 ４ ｚ， Ｈ ） 然后合闸 将变频器输出电 压施加于被侧试样机。 按本文线性模
Ｌ＝ｉｉ ｅｖｌ ｉ ／ （ ３ ）
式中 Ｙ一 流 ； 相电 在第ｉ 起的 相引 磁链；
气一 ｊ 电 ， ｉ 产 的 感 若 ＝ ， 为 感 流１ 第 相 生 互 ， ｉ ｊ 则 自 ： 由相 在
由 前面的 假设，在线性情况下。电 感参数仅与次级位置和电 机的几何形状、 材料有关， 为了能分离出不同电 流产生的磁链，在 具体计算中可假定在初级绕组某相通入单位电流即
磁力 一个周期Ｔ内的平均功率和平均 式 （） ８ 求得的Ｐ ． Ｆ为瞬时功率和瞬时电
电磁力，可用下式计算。
Ｐ奋｝ 。 伽 ． ｐ。 ＝ ＝ｄ 奋 ｔ
２３ ． 运动方程式
（ ９）
：工ｔａ ＝ａ，二 ｄ
式中
Ｆ一ｆ Ｆ ．一 ， ，
刀，
二 ＊ｆ 冲 心＝＇ 一（一 ， ｉ ａ。 １ ，
式
比 ‘
（ａ ａｇ ｃａ ｃ ＋ｉｃａＢｌ ａ４ ，＋ 一， ｝ ａ 一，ｃａ ｚ 一 ａ ａ ｒ ． ２ ． ｒ ｅ ｅ ）ｓ
ｒ ＝ ｒ，ｒ ＝ ｒ， ０ Ｌｃ ＭＡ 一 Ａ ｅ ｒ十ｃ Ｂ ｒ＋ ａ Ｌ ｃ Ａ ｃ ｃ ， ｕ十 ｃ 一 Ｃ 材Ｃ Ｂ ，
ａ二 Ａ十Ｃ一 ｃＭ， 。＝（，十Ｌ － Ｃ Ａ ： ＭＢＬ Ｍ 一 ｃ， ，Ｖ ， Ｓ ｃ － ） ＆ ｃ ＷＡ ＷＣ
永磁直线同步电 机稳定发电 运行状态下初级绕组的开路电 （ 压 此时，三相定子电流为零，
＋ ・ Ｌ ｝ ｛ ｇ ６ ８ Ｍ ｍ ４ Ｉ ＂ Ａ
（） ４
网 ｔ 声 尹 歹 演 口 声
速 为 步 度 同 速Ｖ． 此 任 速 下 电 ： 因 ， 意 度， 的 势ｅ
ｅ ＝ 气Ｍ ｗ ｏ ｘ ｓ ＇Ｍ 凡ｖｏｗ一刁３ ＝ Ｂ ＝ ｃ （ｒ２ ） Ａ Ｐ ＝ ｃ ｏ，ｅ Ｐ＇ Ｋ ｓ １ ｓ
汗旭东，袁世鹰，热留成．永磁直线同步电动机垂直运输系统的原理与研究现状．微电机
间的互感 。
‘＿ 。 ． ＿ ．， 、， ￣ ，、 ＿ ， ｄ
ｄ 一欧 Ｍ ＬＩ
胡
可得出相电压方程式： 将（） １ Ｚ代人Ｕ） ，升５八异丁 Ｐ ｔ ，Ｑ＝ １ ＝－ ａ
永磁直线同步电动机的线性仿真模型
焦作工学院 汪旭东 袁世鹰 焦留成
〔 共】 本文从相方程式直搂得出永磁直线同步电动机线性仿真模型，较好考虑了其结构特点，边端效 摘
应及电流不对称等影响：可用以 Ｐ Ｓ 瞬态及稳态特性的分析和研究 。 ＭＬ Ｍ
【 关扭词１永磁直线同步电 动机
线性仿真
逛‘ 班
一、前言 永磁直线同 步电动机（ ＬＭ 具有高效、 Ｐ Ｓ） Ｍ 节能等显著优点， 在地面高速运输线，垂直 提升系统等场合，具有广阔的应用发展前景（１ １ 。由于永磁直线同步电动机在结构上不是周 － ５ 期重复的。 初级铁芯、 绕组、次级永磁体均为开断， 三相绕组实际不平衡，存在特有的边 端效应，如继续沿用旋转电机双反应理论会产生较大的 误差。 本文以隐 极型永磁直线同步 电动机为例 （ Ｄ， 图 采用整体分层理论线性 模型和逐楷电流法考虑上述影响。 在傅 里叶解 析法求解磁场分布基础上，得出各相的自 感和互感， 从相方程式直接得出直线同步电 动机 的线性化仿真模型。较好考虑了其结构特点，可用于永磁直线同步电 动机瞬态及稳态特性
的分析和研究。
二、永磁直线同步电动机的致学棋型
永磁直线同 步电 动机的物理模型如图１ 所示。 坐标原点０ 初级绕组中 ｘ （ 位于 心。 轴 为 纵向） 位于初级槽的底部。为简化分析， 按文献［将其作磁路线性化假设。 ｌ ］
目 Ｉ二 橄皿
１ 次砚 映砚 ２ 水徽 体 ３ 晓姐 Ｓ 一 － － － －
（０ １）
ａ 动 速 Ｉ 机 动 程中 摩 力 力： 一运 加 度； 一电 运 过 的 擦 等阻 凡一负 阻 载 力： 用一电 动子的 量；ｓ 机 质 一功角；０ 一 步 度：， 次级 ） 同 角速 ． 一 运动速度．
至此，由 ４ ０ ） １ 并补充端电 （ －（ ） 压约束条件，便建立了 永磁直线同步电 动机的线性化仿
ｅ Ｐ ＝ ｏ ２ ３ ， ｃ Ｋ ｃ恤＋ｓ ） ＝ ｍ ｖ Ｐ ．ｓ ／ 式 Ｋ一 势 数． ． ／ ； 中 ｝ 电 常 Ｋ ＝ ． Ｅｖ ｏ
，一同 ， 步速度；
Ｅ的 算 文 ［［， 可由 验 。 ］１也 实 得出 ｏ 计 见 献１ ２