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外文文献翻译

学号：201001000826姓名：郑蓓

所在院系：电力工程系专业班级：电力1002

指导教师：刘英培

原文标题：Simulation of PMSM Vector Control System based on Non-linear PID and Its Easy DSP Realization

2014年4月10日

基于非线性PID永磁同步电机矢量控制系统仿真及其DSP实现

摘要

本文给出空间矢量脉宽调制（SVPWM）的基本原理，以及构建两条闭合回路矢量控制永磁同步电机（PMSM）的仿真模型方法。同时，在速度闭环对于新型非线性PID控制器进行了研究。仿真结果表明它具有无超调和小速度脉动良好的动态和静态性能。此外，利用在MATLAB中嵌入式目标为TI C2000（C2000 ETTI）的工具，我们将SVPWM仿真模型转换成可执行代码，并下载到TMS320F2812，实现基于DSP永磁同步电机的开环控制。这种方法避免了繁琐的编程工作，缩短了系统开发周期，实现了同步模拟和DSP实现永磁同步电机矢量控制系统的目标。

1 引言

永磁同步电机被广泛使用在交流伺服系统，因为它有如快速响应，出色的操控性能，尺寸小和重量轻等优点。最近，SVPWM技术逐渐取代了传统的SPWM。SVPWM的目的是产生磁通矢量来接近交流电机实际气隙磁通圆，通过在逆变器装置调整切换时间和控制电功率的通断模式。相较于SPWM，SVPWM 技术降低了谐波含量和开关损耗，其直流电压利用率也提高了很多。此外，它很容易被数字化。因此，我们在本文应用SVPWM技术。

原文出处及作者：Wang Song; Shi Shuang-shuang; Chen Chao, "Simulation of PMSM vector control system based on non-linear PID and its easy DSP realization," Control and Decision Conference, 2009.

CCDC '09. Chinese , vol., no., pp.949,953, 17-19 June 2009

ETTI C2000提供结合Simulink和TI DSP一起进行系统开发的方法。首先，把所支持的Simulink模块 TMS320F2812组成一个模型文件。然后，修改实时车间，以便配置参数自动转换成模型文件到C代码。实时车间的用法是可以在CCS创建项目，编译，链接和将可执行文件下载到目标系统F2812。本文实现了在实验板F2812进行实时测试。结果表明，这个新颖而简便的方法，可以实现在相同的Simulink环境里在线仿真硬件和软件。

2 SVPWM的原理

定子磁通空间矢量以一个恒定的速度以及不变的幅度旋转，当它是由3相正弦电压供给时。同时，移动磁通矢量形成了一个圆形的空间旋转磁场。同样是真正的电压矢量。当磁通矢量在空间中旋转一个时期，电压矢量也旋转经过一定时间的切线的磁链圆。因此，它的轨迹与磁链圆重合。SVPWM的是一种使用8空间电压矢量生成磁链圆接近定子磁链圆电机的技术。图1显示了一个典型的3相电压型逆变器电路。

如果我们定义在上桥臂晶体管的状态上和下是关闭为1，否则为0，则在逆变器中有八个通断模式。变频器的八个输出电压如图2所示。开关模式（000）和（111）分别是零电压向量«Skip Record If...»（000）、«Skip Record If...»（111），而另一些是所谓有效的非零电压矢量，其振幅是1.5V dc。给定一个任意的输出电压矢量，我们可以通过与其相邻的有效电压向量合成它。例如，区间1的一个输出电压矢量可表示如下：

«Skip Record If...»(2) 其中T s、T4、T6分别是«Skip Record If...»、«Skip Record If...»、«Skip Record If...»的运行时间。

图1 三相电压型逆变器

图2 电压空间矢量

3 系统模型

3.1 永磁同步电机数学模型[1]

我们使用d-q旋转坐标系，将其固定在转子轴分析永磁同步电机的稳态和动态性能，研究表明它比其他坐标更加方便。

在d-q旋转坐标，电压方程为表示如下：

«Skip Record If...»(3)

磁通的方程可描述为：

«Skip Record If...»(4) 转矩方程为：

«Skip Record If...»(5) 用（3）中«Skip Record If...»和«Skip Record If...»替换（4）中的，特此，我们得到（5）如下：

«Skip Record If...»(6) 永磁同步电机具有运动方程：

«Skip Record If...»(7) 下表1中列出了上述方程中涉及参数。

表1 方程中的参数

3.2 SVPWM仿真模型[4]

在论文[4]中，构建SVPWM模型的方法是成熟的。在此基础上，我们做一个更可行的模型在加入死区时间后。图3示出的SVPWM仿真模型有五个模块：扇区判断，XYZ计算，有效向量的运行时间，晶体管的运行时间以及SVPWM脉冲的产生。

图3 SVPWM模型

3.3 非线性PID控制器的结构

PID控制器已在电气传动，伺服控制，化学工程与其他领域获得广泛应用因为其简单的控制原理以及很强的适应性。在PID控制器中，积分效应还可以降低系统的稳态误差，提高其稳定性能。但是，如果过大，就会导致积分饱和以及较大超调。至于微分效应，它能捕捉敏感信号误差的趋势，这意味着微分具有一定程度的可预测性。然而，微分只能作用于动态的过程，因为它可以表示为误差的增量，以时间增量的比值。此外，它对噪声非常敏感，这很容易导致系统不稳定。

随着被控对象的变化和更高的控制精度的需求，常规PID控制算法很难获得良好的控制效果。