双三相永磁同步电机双电机矢量控制
永磁同步电机的矢量控制系统
永磁同步电机的矢量控制系统一、本文概述随着科技的不断进步和工业的快速发展，电机作为核心动力设备，在各种机械设备和工业自动化系统中扮演着至关重要的角色。
其中，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的控制性能等优点，被广泛应用于电动汽车、风力发电、机床设备等领域。
为了实现永磁同步电机的精确控制，提高其运行效率和稳定性，矢量控制（Vector Control）技术被引入到永磁同步电机的控制系统中。
本文将对永磁同步电机的矢量控制系统进行深入探讨。
文章将简要介绍永磁同步电机的基本结构和运行原理，为后续的矢量控制理论奠定基础。
接着，文章将重点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。
文章还将分析矢量控制系统中的传感器选择、参数辨识以及控制策略优化等问题，以提高系统的控制精度和鲁棒性。
通过本文的研究，读者可以对永磁同步电机的矢量控制系统有一个全面而深入的了解，为实际应用中提高永磁同步电机的控制性能提供理论支持和指导。
本文还将探讨未来永磁同步电机矢量控制系统的发展趋势和挑战，为相关领域的研究者和工程师提供有价值的参考信息。
二、永磁同步电机的基本原理永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种高效、高性能的电机类型，其工作原理基于电磁感应和磁场相互作用。
PMSM的核心组成部分包括定子、转子和永磁体。
定子通常由三相绕组构成，负责产生旋转磁场；转子则装有永磁体，这些永磁体在定子产生的旋转磁场作用下，产生转矩从而驱动电机旋转。
PMSM的工作原理可以简要概括为：当定子三相绕组通入三相交流电时，会在定子内部形成旋转磁场。
由于转子上的永磁体具有固定的磁极，它们在旋转磁场的作用下会受到力矩的作用，从而使转子跟随定子磁场的旋转而旋转。
通过控制定子电流的相位和幅值，可以精确控制旋转磁场的转速和转向，从而实现对PMSM的精确控制。
双三相永磁同步电机的建模与矢量控制
第 ６期
电 机 与 控 制 学 报
ＥＬＥＣＴＲＩ Ｍ ＡＣＨＩ Ｃ ＮＥＳ ＡＮＤ ＣＯＮＴＲＯＬ
Ｖｏ．１ Ｎｏ ６ １ ４ ．
２１ ０ ０年 ６月
Ｊ ｎ ０ ０ ｕ ｅ２ １
双 三 相 永 磁 同 步 电 机 的 建 模 与 矢 量 控 制
ｉ ｈ ｒｔｍｏ １ ｎ ｔ ｅ ｆ ｓ ｄｅ ．Ａｎ ｈｅ ｓ ｃ ｎ ｄ ｌｂ ｓ ｄ ｏ ｅ ｔｒｓ ａ ｅ ｄ ｃ ｍｐ ｓｔ ｎ ｉ ｌ ｄ ｔ ａ ｉ ｅ ｅ ｔｃ ｒ ｉ ｄ ｔ ｅ ｏ ｄ ｍｏ ｅ ａ ｅ ｎ ｖ ｃｏ ｐ ｃ ｅ ｏ ｏ ｉｉ ｍｐ ｉ ｈ ｔｄｆ ｒ ｎ ｕ － ｏ ｅ ｆ
ｗ ｔ ｗ ｅｓｏ ｃ ｎ ｅ ｔｄｗｉｄｎ ｓｐ ａｅ ｓ ｉｅ ｙ３ ｌｃｒ ａ ｅｒ ｅ ｒ ｓａ ｌ ｈ ｄ ｈ ｌｃｒ— ｉ ｔ ｏｓ ｔ ｆＹ—ｏ ｎ ｃｅ ｎ ｉｇ ｈ ｓ ｈｆ ｄ ｂ ０ｅｅ ｔ ｃ ｌｄ ｇｅ ｓａｅｅ ｔｂｉ ｅ ．Ｔ ｅｅｅ ｔ ｈ ｔ ｉ ｓ ｏ
析 ， 出 了两者之 间的 内在联 系和在控 制 效果上 的 等价 性 。开 环 的仿 真 实验 对 两种 建模 方 法的 一 指
致性进行 了验证 ， 而闭环的仿真和 实验结果则表明两种 矢量控制方案在相 同的控制参数 下具有一
样 的控 制性 能 。 源自关 键词 ： 三相 ； 磁 同步 电机 ； 双 永 建模 ；矢量控制
建 立 了电机 的数 学模 型 ， 者从 两套 三相子 系统 的 角度 给 出 了电磁 转矩 的 表 达 式 以及 两套 绕 组之 前
间存 在 的耦 合 关 系， 者 则揭 示 了不 同的 电流谐 波 分 量对 机 电 能量 转 换 所 产 生的 不 同 的作 用 。根 后 据 两种 不 同的模型搭 建 了两套双 三相 永磁 同步 电机 矢量控 制 系统 ， 过 对 两种控 制 策 略 的 比较 分 通
永磁同步电机矢量控制分析
永磁同步电机矢量控制分析一、本文概述永磁同步电机（PMSM）作为一种高性能的电机类型，在现代工业、交通以及新能源等领域的应用日益广泛。
其矢量控制技术，即通过对电机电流的精确控制，实现对电机转矩和磁场的独立调节，从而实现电机的高效、稳定运行。
本文旨在全面分析永磁同步电机的矢量控制技术，包括其基本原理、控制策略、实现方法以及在实际应用中的优缺点，为相关领域的研究者和工程师提供有益的参考。
本文将对永磁同步电机的基本结构和工作原理进行简要介绍，为后续的分析奠定理论基础。
然后，将重点讨论矢量控制技术的理论基础和实现方法，包括空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术、电流环和速度环的设计与控制策略等。
在此基础上，本文将深入分析矢量控制技术在永磁同步电机中的应用，包括其在提高电机效率、优化动态性能以及提升系统稳定性等方面的作用。
本文还将对矢量控制技术在永磁同步电机应用中的挑战和前景进行探讨。
一方面，将分析当前矢量控制技术在实际应用中面临的主要问题，如参数敏感性、控制复杂度以及成本等；另一方面，将展望未来的发展趋势，如智能化、集成化以及优化算法的应用等。
本文将对永磁同步电机矢量控制技术的未来发展提出展望，以期为该领域的进一步研究和应用提供参考。
二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一种高效、高功率密度的电机，广泛应用于电动汽车、风力发电、工业自动化等领域。
其基本原理主要基于电磁感应和磁场相互作用。
PMSM的核心部件是永磁体，这些永磁体通常嵌入在电机的转子中，形成固定的磁场。
当电机通电时，定子中的电流会产生一个旋转磁场。
这个旋转磁场与转子中的永磁体磁场相互作用，使得转子开始旋转。
通过精确控制定子中的电流，可以实现对转子旋转速度、方向和扭矩的精确控制。
在PMSM中，矢量控制是一种重要的控制策略。
矢量控制通过独立控制电机的磁通和扭矩分量，实现了对电机的高效、高性能控制。
双三相永磁同步电机矢量控制研究
双三相永磁同步电机矢量控制研究
近年来，由于可靠性、可扩展性、性能和经济性的优越性，双三相永磁同步电机（PMSM）在很多领域，如汽车、航空航天、重型机械等都得到了广泛的应用，其中最令人满意的特征之一是，双三相永磁同步电机可以实现无位置传感器的控制。
研究发现，矢量控制是将电动机控制器中的简单结构与精确控制技术相结合，是提高电动机控制质量和性能的有效方法，广泛应用于双三相永磁同步电机（PMSM）。
矢量控制是指对电机的转矩和转速的控制，以及对机械的运动的控制，如冲击、角度等。
根据电机的动力特性，矢量控制可以用来提高电机经济性、可靠性、质量和精度。
该技术比传统控制技术更有效，可以提高电机的运行性能和可靠性。
矢量控制系统的基本构成包括：状态检测、位置估计、细分控制和目标模型。
其中，状态检测是实现双三相永磁同步电机（PMSM）矢量控制的前提，可以通过测量双三相永磁同步电机的电压、电流和转速等参数来检测状态。
位置估计是指对双三相永磁同步电机的位置和速度进行估计，以便进行控制。
细分控制是指控制系统把所期望的运动特性（如转矩、转速和功率）分解为一些基本控制信号，然后传送给双三相永磁同步电机（PMSM）。
最后，目标模型是指在矢量控制系统中，需要对双三相永磁同步电机（PMSM）的运动特性进行建模，以便设计控制算法。
- 1 -。
永磁同步电动机矢量控制
永磁同步电动机矢量控制永磁同步电动机是一种新型的高性能电机，具有高效率、高功率密度、高转矩密度等特点，在工业和交通领域有广泛应用。
矢量控制是一种高级的控制方法，可以实现电机的高精度运行和性能优化。
本文将介绍永磁同步电动机矢量控制的结构和方法。
永磁同步电动机的结构包括永磁转子、定子绕组和控制器等几个部分。
永磁转子由永磁体和转子绕组组成，永磁体产生一个恒定的磁场，而转子绕组用于传导电流。
定子绕组是通过变频器提供的三相电流激励，产生旋转磁场。
控制器则根据电机的位置、速度和负载要求等信息，调节电机的电流和控制策略，实现对电机的控制。
永磁同步电动机的矢量控制方法主要包括电流控制、转子磁链观测、速度和位置估算等几个步骤。
电流控制是通过控制器提供的电流指令，调节电机的电流大小和相位，使电机的磁场与转子磁场同步，实现最大力矩输出。
转子磁链观测则通过计算电机的电流与磁场之间的关系，实时估算转子的磁链大小和位置，用于后续的控制。
速度和位置估算则是通过测量电机的转子位置和速度，采用信号处理和滤波算法，推算出电机的实际运行状态，用于控制器的反馈。
在矢量控制中，还可以应用一些高级控制技术，如预测控制、自适应控制和模型预测控制等，以进一步提高电机的性能和动态响应。
预测控制通过模型预测电机的状态和负载要求，优化控制策略，实现最佳性能。
自适应控制则是通过实时调节控制器的参数，使控制器能够适应电机的变化，提高控制性能。
模型预测控制则是通过建立电机的动态数学模型，预测未来一段时间的状态和输出，以实现最佳的控制性能。
综上所述，永磁同步电动机矢量控制是一种高级的电机控制方法，能够实现对电机的高精度控制和性能优化。
通过控制电机的电流和磁场，在不同的工况下实现最大力矩输出和高效能运行。
未来，随着控制算法和硬件技术的不断发展，永磁同步电动机矢量控制在各个领域将有更广泛的应用。
双三相永磁同步电机双电机矢量控制剖析
双三相永磁同步电机矢量控制技术开题报告1. 课题来源及研究目的和意义多电机驱动系统作为运动控制研究领域的重要内容之一，广泛应用于地铁，机车牵引，挤压机组，机器人等应用场合。
而要推出性能优良的机车牵引，机器人等工业驱动以及综合电力舰船系统就需要解决同一直流母线电源和同一逆变器供电的多台电机独立运行问题[1]。
在过去的二十多年，越来越多的研究人员关注研究多相电机，因为多相电机相对于传统的三相电机存在诸多的显著优点，包括：减少转矩脉动，降低直流母线电流谐波含量，潜在的高效率，降低各相功率，由于较高的容错能力大大提高可靠性[2]。
最常见的一种多相电机是双三相电机[3]，而双三相永磁同步电机是目前研究较为广泛的一种多相电机，与传统的三相电机相比，双三相电机将基波电流产生的最低次谐波磁势提高到了11次，消除了对电机性能影响最大的5次、7次谐波磁势，大大减少了电机的转矩脉动，提升了电机性能[4]。
所以我以双三相永磁同步电机为例来研究多相电机的多电机串联控制。
多相电机驱动控制策略中，最具影响力和代表性的是基于空间矢量解耦的矢量控制。
矢量控制方式的实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。
通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。
简单的说，空间矢量控制就是通过坐标变换将交流电机模型等效为直流电机，实现磁链与转矩解耦，有利于分别设计两者的调节器，以实现对交流电机的高性能调速。
所以对双三相永磁同步电机空间矢量控制技术的研究具有一定的研究意义。
2. 国内外双三相电机矢量控制技术的历史和现状1995年Yifan Zhao和T.A.Lipo等人从向量空间解耦的角度构造了相移30°双三相感应电机的变换矩阵[5]。
该方法通过适当的坐标变化，将自然坐标系下六维空间中的变量映像到新基下的六维空间，新的一组基形成三个相互正交的二维子空间，从而可以在每个子空间中分别进行控制，而且每一个子空间中的分量对应于电机变量中一定次数的谐波。
双三相永磁同步发电机的矢量控制与数字实现
（ 哈尔滨工业大学 电气工程及 自动化学院 ， 黑龙 江 哈尔 滨 １ ５ ０ ０ ０ １ ）
摘 要 ： 针对 相移 ３ ０ 。 Ｙ型连 接 双三 相 永磁 同步 发 电机 （ Ｄ Ｔ Ｐ ． Ｐ ＭＳ Ｇ） ， 分 别采 用双 ｄ － ｑ变换 和 空 间 矢量 结构方 法建 立 了不 完全 解耦 和 完全 解耦 的 Ｄ Ｔ Ｐ—Ｐ ＭＳ Ｇ数 学模 型 。对 双三 相 Ｐ ＭＳ Ｇ进行 空 间 矢量解耦 分析 ， 并分析 了各 子 空间与机 电能量 的 关 系。分 别 对双 三 相 Ｐ ＭＳ Ｇ 的 两种数 学模 型 的 矢 量控 制数 字 实现进 行 了理论 分析 。针 对 离散 型最 大 四 矢量 法在 一 个 开 关周期 内存在 单个 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ全 开的现 象， 提 出 了一种 改进 的 离散 型的 最大 四 矢量方 法。 最后 对 两种 矢量 控 制 方式 进 行 了实验 验 证， 实验 结 果表 明在达 到相 同的母 线 电压 时 ， 两种控 制 方案 的控 制 效果相 同 ， 谐 波 成分 不 同 ， 验证 了 两种 矢量解耦 方式在 双三相 永磁 同步发 电机 中的有效 性 。
ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ（ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ）ｏ ｐ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｗ ｈ ｏ ｌ ｌ ｙ ｐ ｅ ｒ ｉ ｏ ｄ ｉ ｎ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ．Ｓ ｏ ｍ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｖ ａ ｌ ｉ ｄ ａ ｔ ｅ ｔ ｗ ｏ
Ｙ— ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｗｉ ｎｄ ｉ ｎｇ ｓ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｓ ｈ ｉ ｆ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ３ ０ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅ ｓ，ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ａ ｒ ｅ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｂ ｙ
双三相永磁同步电机双电机矢量控制剖析
双三相永磁同步电机矢量控制技术开题报告1. 课题来源及研究目的和意义多电机驱动系统作为运动控制研究领域的重要内容之一，广泛应用于地铁，机车牵引，挤压机组，机器人等应用场合。
而要推出性能优良的机车牵引，机器人等工业驱动以及综合电力舰船系统就需要解决同一直流母线电源和同一逆变器供电的多台电机独立运行问题[1]。
在过去的二十多年，越来越多的研究人员关注研究多相电机，因为多相电机相对于传统的三相电机存在诸多的显著优点，包括：减少转矩脉动，降低直流母线电流谐波含量，潜在的高效率，降低各相功率，由于较高的容错能力大大提高可靠性[2]。
最常见的一种多相电机是双三相电机[3]，而双三相永磁同步电机是目前研究较为广泛的一种多相电机，与传统的三相电机相比，双三相电机将基波电流产生的最低次谐波磁势提高到了11次，消除了对电机性能影响最大的5次、7次谐波磁势，大大减少了电机的转矩脉动，提升了电机性能[4]。
所以我以双三相永磁同步电机为例来研究多相电机的多电机串联控制。
多相电机驱动控制策略中，最具影响力和代表性的是基于空间矢量解耦的矢量控制。
矢量控制方式的实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。
通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。
简单的说，空间矢量控制就是通过坐标变换将交流电机模型等效为直流电机，实现磁链与转矩解耦，有利于分别设计两者的调节器，以实现对交流电机的高性能调速。
所以对双三相永磁同步电机空间矢量控制技术的研究具有一定的研究意义。
2. 国内外双三相电机矢量控制技术的历史和现状1995年Yifan Zhao和T.A.Lipo等人从向量空间解耦的角度构造了相移30°双三相感应电机的变换矩阵[5]。
该方法通过适当的坐标变化，将自然坐标系下六维空间中的变量映像到新基下的六维空间，新的一组基形成三个相互正交的二维子空间，从而可以在每个子空间中分别进行控制，而且每一个子空间中的分量对应于电机变量中一定次数的谐波。
基于PR控制器的双三相永磁同步电机的矢量控制系统
■技术探讨与研究TECHNIQUE RESEARCH基于P R控制器的双三相永磁同步电机的矢量控制系统Vector Control System of Dual Three-Phase Permanent Magnet Synchronous Motor Based on PR Controller大连交通大学朱强（Z h u Q i a n g)邓福军（D e n g F u ju n)摘要：目前对于双三相永磁同步电机，传统的电流矢量控制策略大都采用同步旋转坐标系下d-q分量进行前馈解耦P I控制。
这种 传统的矢量控制技术不但需要复杂的旋转坐标变换计算，而且电机在运行中，电机的电感、电阻、等电机参数会随着磁路的饱和、温度的升高而发生改变，从而使交叉耦合项不准确，导致控制精度下降。
本文提出一种基于比例谐振控制的静止坐标系下的电流矢 量控制策略，其控制效果与同步坐标系下的P I控制器相同，可以无稳态误差地跟踪特定额定频率的正弦信号，对指定频率的谐波进 行有选择的补偿。
相对于传统的P I控制方法，基于P R控制器的在静止坐标系下的矢量控制系统不含与电机参数有关的前馈补偿项 和解耦项，减少了坐标变换，从而减小了控制算法的实现难度，提高了控制系统的鲁棒性。
关键词:双三相；永磁同步电机；比例谐振；矢量控制Abstract: A t p r e s e n t, f o r t h e t w o-p h a s e t h r e e-p h a s e p e r m a n e n t m a g n e t s y n c h r o n o u s m o t o r, t h e t r a d i t i o n a l c u r r e n t v e c t o r c o n t r o l s t r a t e g y m o s t l y a d o p t s t h e d-q c o m p o n e n t i n t h e s y n c h r o n o u s r o t a t in g c o o r d i n a t e s y s t e m f o r f e e d f o r w a r d d e c o u p l i n g P I c o n t r o l. T h i s t r a d i t i o n a l v e c t o r c o n t r o l t e c h n o l o g y n o t o n l y r e q u i r e s c o m p l e x r o t a t i o n a l c o o r d i n a t e t r a n s f o r m a t i o n c a l c u l a t i o n, b u t a l s o t h e m o t o r’s i n d u c t a n c e, r e s i s t a n c e, a n d o t h e r m o t o r p a r a m e t e r s c h a n g e w i t h t h e s a t u r a t i o n o f t h e m a g n e t i c c i r c u i t a n d t h e t e m p e r a t u r e r i s e d u r i n g t h e o p e r a t i o n o f t h e m o t o r, t h u s m a k i n g t h e c r o s s c o u p l i n g t e r m s a r e i n a c c u r a t e, r e s u l t i n g i n r e d u c e d c o n t r o l a c c u r a c y. I n t h i s p a p e r, a c u r r e n t v e c t o r c o n t r o l s t r a t e g y b a s e d o n p r o p o r t i o n a l r e s o n a n c e c o n t r o l i n a s t a t i o n a r y c o o r d i n a t e s y s t e m i s p r o p o s e d. T h e c o n t r o l e f f e c t i s t h e s a m e a s t h a t o f t h e P I c o n t r o ll e r i n t h e s y n c h r o n o u s c o o r d i n a t e s y s t e m. I t c a n t r a c k t h e s i n u s o i d a l s i g n a l o f a s p e c i f i c r a t e d f r e q u e n c y w i t h o u t a s t e a d y-s t a t e e r r o r. T h e h a r m o n i c s a r e s e l e c t i v e l y c o m p e n s a t e d.C o m p a r e d w i t h t h e t r a d it io n a l P I c o n t r o l m e t h o d, t h e v e c t o r c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n t h e P R c o n t r o lle r i n t h e s t a t i o n a r y c o o r d i n a t e s y s t e m d o e s n o t c o n t a i n t h e f e e d f o r w a r d c o m p e n s a t i o n t e r m a n d t h e d e c o u p l i n g t e r m r e l a t e d t o t h e m o t o r p a r a m e t e r s, w h i c h r e d u c e s t h e c o o r d i n a t e t r a n s f o r m a t i o n a n d t h u s「e d u c e s t h e c o n t r o l a l g o r i t h m. T h e d i f f i c u l t y o f i m p l e m e n t a t i o n i n c r e a s e s t h e r o b u s t n e s s o f t h e c o n t r o l s y s t e m.【中图分类号】T M34彳【文献标识码】B【文章编号】彳561-0330(2020)12-0074-061引言随着社会的发展，电力电子技术的进步，多相电机以它独有的优势越来越备受大家关注，相对于传统的三相电机，多相电机有以下几个优点：(1)可运用于大功率的场合。
三相永磁同步电动机的矢量控制
Page 21
三相永磁同步电动机的矢量控制
dψ f j r d j r ψfe e jr ψ f dt dt 等式右边第一项是变压器电动势项，因ψf为恒值，故为零 ；
第二项是运动电动势项，是因转子磁场旋转产生的感应电 动势，通常又称为反电动势。 定子电压的矢量方程式
di s us R si s Ls j r ψ f dt
Page 22
三相永磁同步电动机的矢量控制
定子电压的矢量方程式
量。
di s us R si s Ls j r ψ f dt 其等效电路如图3-8，图中， e0 jr ψf 为感应电动势矢
Page 23
Page 5
三相永磁同步电动机的矢量控制
如图3-4为两极面装式PMSM 结构图。 电压电流正方向一致(按照电 动机原则)将正向电流流经的 一相绕组产生的正弦波磁动 势的轴线定义为相绕组的轴 线，并将A相轴线作为ABC 轴系的空间参考坐标。
Page 6
三相永磁同步电动机的矢量控制
如图3-5为两极插入式PMSM结 构图。 电压电流正方向一致(按照电动 机原则)将正向电流流经的一相 绕组产生的正弦波磁动势的轴 线定义为相绕组的轴线，并将 A相轴线作为ABC轴系的空间 参考坐标。
Ls称为同步电感， Ls=Lsσ+Lm。
对于ψB、ψC，同样也可以有ψA的形式。
Page 16
三相永磁同步电动机的矢量控制
所以
A i A fA B Ls Lm i B fB i C C fC
Page 31
三相永磁同步电动机的矢量控制
双三相永磁同步电机矢量控制研究
ｍ ｔｅ ｔ ｄ ｌｏ ｕ ｌｔｒｅ ｈ ｓ ｔｒｉ ｐ ｏ ｏｅ ｎ ｅ ｔｒｓ ａ ｅｄ ｃ ｕ ｌ ｉ ａｐｙ ｔ ｒａｉ ａｈ ｍａｉ ｍｏ ｅ ｆ ｄ ａ ｈ ｅ－ ａ ｅｍｏｏ ｓ ｒｐ ｓｄ ａ ｄ ｖｃｏ ｐ ｃ ｅｏ ｐ ｅ ｓ ｐ ｌ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｐ ｚ ｍ ｌ—ｉ ｎ ｉｎ ｌ ｕ ｒｎ ｏ ｔ １Ｓｍｕａｉｎ ｎ ｐ ｒｍｅ ｔｌ ｅ ｕｔ ｖ ｒｙｔｅｍ ｔｏ ． ｕｔ ｄｍｅ ｓｏ ａ ｒｅ ｔ ｎｒ ． ｉ ｌｔ ｓ ｄｅ ｅ ｉ ｎａ ｓ ｌ ｅ ｉ ｅｈ ｄ ｉ ｃ ｃ ｏ ｏ ａ ｘ ｒ ｓ ｆ ｈ
船 电技 术 ｊ 控制技术
双 三相 永磁 同步 电机 矢 量 控 制研 究
袁 飞雄 汪伟 龙 丈枫
（ 国 船 舶 重 工 集 团 公 司第 ７ ２研 究 所 ，武 汉 ４ ０ ６ ） 中 ｌ ３ ０ ４ 摘 要 ：多 相 电机 是 一 个 多 维 系 统 ，它 与 传 统 三 相 电 机 有 较 大 差 异 。 目前 对 多 相 电 机 尤 其 是 双 三 相 电 机 控 制
关 键 词 ：双 三 相 电机 数 学 模 型 矢 量 控 制 矢 量 空 间 解 耦
中图分 类号 ：Ｔ ４ ：Ｔ ５ Ｍ３ １ Ｍ３ １
文 献标 识码 ：Ａ
ห้องสมุดไป่ตู้
文章编 号 ：１ ０ —８ ２２ １ ）８０ ０ ．４ ０ ３４ ６ （０ ００ —０ １０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｃ ｏ ｎｔ ｏ ｆＤｕａ ｓ ａ ｃ ｎ Ｖｅ ｔ ｒＣｏ ｒ ｌｏ ｌＴｈｒ ｅ ｐｈａ ｅ ｅ－ ｓ Ｐｅ ｍ ａ ｎｔＭ ａ ｒ ｎｅ ｇｎｅ ｎｃ ｏ ｕｓＭ ｏ ｏ ｔＳｙ ｈｒ ｎｏ ｔｒ
Ｋｅ ｒ ｓ ｄ ａ ｒ ｅ ａ ｅ ｍｏ ｏ ， ｙ ｗｏ ｄ ： ｕ ｌ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｍａ ｈ ｍａ ｉ ｄ ｌ ｖ ｃ ｏ ｏ ｔｏ ，ｖ ｃ ｏ ｃ ｅ ｏ ｐｌ ｔ ｐｈ ＂ ｔ ｅ ｔｃｍｏ ｅ ， ｅ ｔ ｒｃ ｎ ｒ ｌ ｅ ｔ ｒｓ ＂ ＂ ｐａ ｅ ｄ ｃ ｕ ｅ
永磁同步电机的矢量控制系统
永磁同步电机的矢量控制系统永磁同步电机的矢量控制系统永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）是一种在工业领域广泛使用的电机。
由于其出色的动态响应和高效率，它已经成为众多应用中的首选。
然而，PMSM的控制却是一个复杂的问题，需要一种高级的控制策略来实现其最佳性能。
矢量控制系统（Vector Control System）正是为了满足这一需求而被引入。
矢量控制是一种基于数学模型的控制方法，旨在使电机的转矩、速度和位置具有优异的性能。
从根本上讲，矢量控制系统通过将电机的状态表示为一个矢量来处理电机运行。
这个矢量通常包括转矩矢量和磁通矢量，用于描述电机的转速和磁场方向。
在矢量控制系统中，电机的数学模型是基础。
它以电机的转子位置和转子与定子磁场之间的相对位置作为输入，输出电机的状态，如转矩、速度和位置。
其中，转子位置传感器是矢量控制系统的重要组成部分，用于获取电机转子的精确位置信息。
虽然有一些技术可以在缺少转子位置传感器的情况下实现矢量控制，但它们通常会导致系统性能的降低。
矢量控制系统的核心是控制算法。
在运行过程中，控制算法会根据电机的输入和输出状态进行计算，并输出控制信号来调节电机的运行。
其中，最常用的控制算法是电流环和转速环。
电流环用于控制电机的输出电流，确保电机的电流与期望电流保持一致。
转速环用于控制电机的转速，通过调整输出信号以匹配期望转速。
在矢量控制系统中，控制算法还包括一个磁通定向控制器。
磁通定向控制器的目标是使电机的磁通矢量始终与旋转磁场保持一致。
为了实现这一目标，磁通定向控制器需要获取电机的转子位置信息，并根据该信息来调整电机的输出电流。
通过将电机的磁通矢量与旋转磁场保持一致，磁通定向控制器可以实现电机的精确控制，并提供最佳的动态响应和高效率。
除了控制算法，矢量控制系统还包括一些辅助模块，如速度和位置估算器。
速度估算器用于估算电机的转速，通过处理电机的反馈信号和控制信号来计算转速。
双三相永磁同步电机矢量控制研究
双三相永磁同步电机矢量控制研究
双三相永磁同步电机矢量控制研究
双三相永磁同步电机是一种具有较高效率，噪声低等优点的驱动电机，是电机技术的一大发展方向。
它的控制特别是矢量控制，在电动汽车、逆变器、微机控制等领域有广泛的应用。
双三相永磁同步电机矢量控制研究始于20世纪80年代，虽然相关理
论解析得较为完备，但工程应用仍存在一定的困难。
经过30多年的发展，目前已经形成了以模块化技术为核心的新型双三相永磁同步电机
矢量控制技术，这种技术利用最新的模块化技术，克服了传统技术在
软件设计方面的不足，极大的提高了控制效率以及简化了控制结构。
双三相永磁同步电机矢量控制的基本原理如下：首先，通过传感器测
量电机转子实时速度，并输出PWM波形，对三相电源进行调节，使电
机能够达到精确的速度控制目标；其次，采用双闭环控制技术，把实
时的转子和转矩的反馈信息和电机转子给定的期望速度进行比较，不
断加以改进，以达到指定的速度和转矩控制要求；最后，采用正反正
控制结构，实现对双三相永磁同步电机转子的精确定位控制，从而实
现机械装备的精确运动控制。
上述技术可以在很多电机控制应用中得到巧妙的利用，如冶金机械、
机床、汽车发动机控制系统、印刷机械、单片机控制系统等；另外，
它还可以在微处理器系统、电力系统、矿山机械等领域得到广泛的应用。
双三相永磁同步电机矢量控制是当今电机驱动技术的一个突出方向，
它能够大大提高电机的效率，减少能耗，提升运行的精确度，同时也大大降低了噪声。
通过这种技术，可以使电机在室内外环境条件变化时，仍能稳定运行，更好地满足市场需求，推动电机技术的进步和发展。
永磁同步电机矢量控制原理
永磁同步电机矢量控制原理1.永磁同步电动机简介永磁式同步电动机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高，和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。
和其他类型交流电动机相比，它由于没有励磁电流，因而效率高，功率因数高，力矩惯量比较大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好；但它与异步电机相比，也有成本高、起动困难等缺点。
和普通同步电动机相比，它省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率。
永磁同步电机矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制，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。
近些年，人们对它的研究也越来越感兴趣，在医疗器械、化工、轻纺、数控机床、工业机器人、计算机外设、仪器仪表、微型汽车和电动自行车等领域中都获得应用。
1.1 永磁同步电机系统的结构永磁同步电机的基本组成：定子绕组、转子、机体。
定子绕组通过三相交流电，产生与电源频率同步的旋转磁场。
转子是用永磁材料做成的永磁体，它在定子绕组产生的旋转磁场的作用下，开始旋转。
深圳市伊瑞软件技术有限公司是一家致力于变频器方案、伺服驱动器技术方案、步进驱动、可编程控制器技术方案、电梯一体机技术方案，并且为客户提供系列化的解决方案于一体的综合性高新科技企业。
公司拥有完善的技术解决方案：通用型变频器、高性能矢量型变频器、伺服驱动器、注塑机异步伺服技术方案、专用变频器控制系统、变频器电源驱动技术、变频器自动测试技术、PLC产品方案、电梯一体机技术方案、相关测试系统等。
本公司方案已经用于国内大中型生产企业，其生产的产品广泛应用与电梯、起重、机床、金属制品、电线电缆、塑胶、印刷包装、纺织化纤、建材、冶金、煤矿、市政、汽车等行业等行业。
企业秉承着诚信为本、质量第一、服务周全的宗旨，始终坚持“多方共赢、持续创新”的经营理念和“以人为本、服务社会”的企业目标为前进的方向，与各合作商共同进步，共同发展，共同创造美好的明天。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
dωr + Bωr • 运动方程： Te - Tl = J dt
哈尔滨工业大学（威海）自动化研究所
解耦旋转坐标系下数学模型
u • 电压方程： id u q iq u Rs i z1 z1 u z iz 2 2
哈尔滨工业大学（威海）自动化研究所
静止坐标系下数学模型
d • 电压方程： U s = R s I s + ψ s dt
C
D
n2
300
B A
n1
• 磁链方程： ψs = Ls Is + F(θ)ψf • 电磁转矩方程：
E
F
Wco 1 F( ) T L ss Te pn [I s Is Is f] 2
T12 s
1 0 1 0 1 6 1 0 1 1
cos sin cos 2 sin 2 cos 5 sin 5 1 1
cos 2 sin 2 cos(2 2 ) sin(2 2 ) cos(2 5 ) sin(2 5 ) 1 1
sin11 cos(11 2 ) sin(11 2 ) cos(11 5 ) sin(11 5 ) 1 1
cos11
方法二
采用多相Clarke变换理论由于双 三相永磁同步电机本质上是一个 对称十二相电机，先按照十二相 电机来选取变换矩阵，由多相 Clarke变换理论得到的十二相静 止变换矩阵，然后再利用各相电 流和电压之间的约束关系来进行 简化，最后得到双三相电机的变 换矩阵
哈尔滨工业大学（威海）自动化研究所
• [5] Zhao Yifan，Lipo T A. Space vector PWM control of dual-three phase induction machine using vector space decomposition [J]. IEEE Transactions on Industry Applications,1995,31(5)：1100-1109. • [6] Wu Xiaojie, Jiang Jianguo, Dai Peng, Zuo Dongsheng. Full Digital Control and Application of High Power Synchronous Motor Drive with Dual Stator Winding Fed by Cycloconverter. The Fifth International Conference on Power Electronics and Drive Systems. 2003, (2):1194 - 1199 • [7] M.R.Aghaebrahimi, R.W.Menzies. A Transient Model for the Dual Wound Synchronous Machine. IEEE Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering. 1997, 2: 862 – 865.
• 进度安排：
• 2013.12.16-2014.01.28: 查找参考文献，并仔细地阅读； 筛选一篇英文参考文献翻译；撰写开题报告，制作PPT； • 2014.03.01-2014.04.15: 推导双三相永磁同步电机的数学 模型；研究串联系统相序转换规则和矢量控制方法； • 2014.04.16-2014.05.04: 搭建仿真模型进行仿真实验； • 2014.05.05-2014.06.22: 完善前期设计并撰写毕业论文； 修改毕业论文，准备毕业答辩； • 2014.06.25-2014.06.27: 提交论文等材料。
哈尔滨工业大学（威海）自动化研究所
cos k (t ) cos k (t ) cos k (t 4 ) Sk (t ) cos k (t 5 ) cos k (t 8 ) cos k (t 9 )
方法一
通过双三相永磁同步电机的不同次 数的谐波矢量形式定义一个谐波向 量，找到一组彼此正交的六维矢量 组成新的标准正交基。根据这组标 准正交基得到从六相自然静止坐标 系转换到 轴系下的变换公式。再 根据从 轴系下变换到dq轴系下的 变换公式得到由六相静止坐标系变 换到dq轴系下的变换矩阵。 哈尔滨工业大学（威海）自动化研究所
哈尔滨工业大学（威海）自动化研究所
2. 国内外研究双三相电机矢量控制技术 的历史和现状
1995年Yifan Zhao和T.A.Lipo等人从向量空间解耦 的角度构造了相移30°双三相感应电机的变换矩阵。
2003年Nelson、Wu和1997年Aghaebrahimi等人则 从双绕组的角度分别建立了双三相感应电机和同步 电机的数学模型。
• 预期实现的目标：
• 研究明白双三相永磁同步电机双电机串联系统的相序 转换规和矢量控制技术，仿真验证双三相永磁同步电机双 点击串联系统的独立运行。 哈尔滨工业大学（威海）自动化研究所
5.研究中可能遇到的问题和解决 的措施
• 研究中可能遇到的问题： • 1.双三相永磁同步电机的矢量控制需要64个电压矢 量，计算和仿真都十分繁琐，容易出现问题； • 2.PI调节器的参数不易确定。
2014年Jussi Karttunen, Samuli Kallio, Pasi Peltoniemi等人研究了双三相永磁同步电机的解耦 矢量控制。
哈尔滨工业大学（威海）自动化研究所
3.主要研究内容
双三相永磁同步电机的数学模型
双三相永磁同步电机双电机串联系统的相序 转换规则
双三相永磁同步电机双电机串联系统的矢量 控制技术 双三相永磁同步电机双电机串联系统的仿真
d
d q q d p e 0 z1 0 z 2
0 0 Lz1 0 0 id 0 iq f 0 iz 1 Lz2 iz 2 3 0 0 0
• 解决的措施： • 1.64个电压矢量可利用编程计算降低繁琐度； • 2.调节PI参数时注意调节规律。
哈尔滨工业大学（威海）自动化研究所
6.主要参考文献
• [1]刘陵顺, 张海洋, 苗正戈. SVPWM控制2台双Y移 30°PMSM串联系统的研究[J]. 电气传动, 2012, 42(8): 39-42. • [2] Jussi Karttunen, Samuli Kallio, Pasi Peltoniemi. Decoupled Vector Control Scheme for Dual Three-Phase Permanent Magnet Synchronous Machines. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2014, 61(5): 2185-2196 • [3] E. Levi, R. Bojoi, F. Profumo, H. A. Toliyat, and S. Williamson, Multiphase induction motor drives—A technology status review, IET Elect. Power Appl., vol. 4, no. 1, pp. 489–516, Jul. 2007. • [4] 杨金波, 杨贵杰, 李铁才. 双三相永磁同步电机的建模与 矢量控制[J]. 电机与控制学报, 2010, 14(6): 1-7.
• 磁链方程：
d L d q 0 0 z1 0 z2
0 Lq 0 0
• 电磁转矩方程为：Te pn ( 3 f iq ( Ld Lq )iqid )
d ω • 运动方程： Te - Tl = J r + Bωr dt
2009年赵兴涛以六相双 Y 移 30°绕组永磁同步电 动机为研究对象，详细分析了其数学模型和工作原 理，提出了一种新的控制方法，并最终开发出一套 高性能、高可靠性的双三相永磁同步电机驱动系统。
哈尔滨工业大学（威海）自动化研究所
2010年1月孟超研究了双Y移30°永磁同步电动机 电压空间矢量脉宽调制技术的2种矢量选择方式， 提出一种新颖的空间矢量过调制技术。6月杨金波 针对相移30°Y型连接双三相永磁同步电机，分别 采用双d-q变换和矢量空间解耦的方法建立了电机 的数学模型。 2012年刘陵顺，张海洋，苗正戈研究了SVPWM控 制2台双Y移30°PMSM串联系统。
PI PI
* ud1
dq
uα
uβ
SA SB SC SX SY SZ
u
* q1
θ1
* id2 0 +
n2
- id2
PI PI - iq2
* ud2
dq
u z1 uz 2
控 制
六 相 逆 变 器
+
PI - n 2
i
* q1
* uq2
+
双 三 相 永 磁 同 步 电 机 串 联 模 型
SVPWM
63
哈尔滨工业大学（威海）自动化研究所
61
选取基本电压矢量的方法：
(1) 最大两矢量 (2) 最大四矢量 (3) 两个最大矢量和两个次大矢量
哈尔滨工业大学（威海）自动化研究所
双三相永磁同步电机双电机串联 系统仿真
i 0 +
* d1
n
+
1
PI - n 1
- id1 * iq1 + - iq1
哈尔滨工业大学（威海）自动化研究所
静止坐标系转换到 轴系下的变换公式