基于PMSM伺服系统的建模与仿真设计
基于模糊PI控制的PMSM位置伺服系统仿真
基于模糊PI 控制的P M S M 位置伺服系统仿真王 翔,马瑞卿,吉攀攀(西北工业大学自动化学院,西安 710072)摘 要:本文在分析了永磁同步电机(P MS M )数学模型的基础上,在M atlab 的S m i uli n k 环境下构建了隐极式永磁同步电机位置伺服系统的仿真模型。
控制系统采用经典的三闭环结构,其中电流环采用i d =0的矢量控制策略,速度环采用PI 控制,位置环采用模糊PI 自适应控制,自适应控制通过M atl a b 软件编程。
文中给出了系统各模块仿真模型的建立方法,并针对工程系统实际参数,进行了负载突加突卸时位置、速度和转矩瞬态过程仿真与分析。
结果表明,该系统抗干扰性好,能快速准确地跟踪位置及转速给定。
关键词:永磁同步电机;矢量控制;模糊控制;建模;仿真中图分类号:TM 351;TM 341 文献标志码:A 文章编号:1001-6848(2010)03-0052-04Si m ulation of P M S M Position Servo Syste m Based on Fuzzy PI ControlWANG X iang ,MA Ru-i q i n g ,JI Pan -pan(Schoo l o fAuto m ati o n ,N orthw estern PolytechnicalUn i v ersity ,X i an 710072,Ch i n a)Abst ract :In th is paper ,t h e m athe m atic m odel o f t h e per m anent m agnet synchronous m otor (P MSM )w as ana l y zed firs,t and then t h e si m u lation m ode l of the non -salien-t po le P M S M w as estab lished i n t h e si m uli n k o f theM atlab based on the m athe m atic m odel o f t h e P M S M.The con tro l syste m adoped the c las -sica l three -close -l o op str ucture .I n this con tro l syste m,the i d =0contro l strategy i n current loop and PI contro lw ere used i n speed loop ,and also the fuzzy PI contro l i n positi o n l o op w h i c h w as realized by pro -g ra mm i n g in theM a tlab .G i v en the w ay of estab lish i n g the si m ulink m odel o f every m odu le in theM atlab g i v en in t h is paper ,and the transient processes of positi o n ,speed and torque w ere si m ulated and ana -l y zed for t h e actua l para m eters o f syste m pro ject at the ti m e o f sudden l o ad -add /unload .The si m u lation resu lts ,show the syste m is of good ant-i i n terference and able to track t h e g iven positi o n and speed quick -l y and accurate l y .K ey W ords :Per m anen tm agnet synchronous m oto r (P M S M );V ector contro;l Fuzzy contro;l M ode-l i n g ;Si m u l a ti o n收稿日期:2008-12-290 引 言永磁同步电机(Per m anent M agnet Synchronous M otor ,P M S M )因具有高效率、高控制精度、高转矩密度、宽广的调速范围以及良好的转矩平稳性等一系列优点,在交流伺服控制系统中占有重要的地位[1],近年来随着稀土永磁材料、电力电子技术、微机技术及矢量控制技术的发展,永磁同步电机在国防、工业、民用的各个领域得到了越来越广泛的应用,如火炮瞄准、数控机床、电动汽车、电梯等[2]。
基于PMSM的伺服系统电流环的仿真
电流环的数学模型 ， 进行 了仿真 ， 到了相应 的仿 真波形 ， 得 验 证了整个 系统设计的正确性 ， 为其动态性 能和稳态性 能 以便
的分析提供依据 。
重合 ， 轴 超 前 Ａ 轴 ９。 ０；
对于两 相旋 转坐 标 系 ｄ一 图１ Ｍ Ｍ坐标系相对坐标关系 Ｐ ｓ ｑ ｄ轴跟单磁极 的 Ｎ极方 向相 同， ， 即和磁力线 的方向相 同， ｑ 轴超前 ｄ轴 ９ 。 ｏ 。从三相定子坐标系 Ａ— Ｂ—Ｃ变换 到两相静 止坐标系 一 称为 Ｃａｋ 卢， ｌ ｅ变换 。两 相静止 坐标 系（ 卢） ｒ 仅一 向两相旋 转坐标 系（ ｄ—ｑ 的转换称为 Ｐ ｒ ） ａｋ变换 。最终 得到 三相 永磁 同步 电机在转子 ｄＯ坐标系统下转矩方程和 电压方 ｑ 程基本方程为 ：
关键 ￣ ｉ Ｍ Ｍ： 电流环 Ｓ Ｐ Ｍａａ／ｉ ｉＩ 伺 服 系统 Ⅱ ｂＳ ｈ（ ０ － ＿ ０
－ －
＿
－
中图分类号：Ｐ ￣． Ｔ ２４６
文献标识码 ： Ａ 文 章编号： ０ ６８ （００ ｏ — Ｏ ｔ ２－ ８６ ２１ｌ４ ０ ｊ０ ｏ 】 ２
Ｔｈ ｉ ｌ ｔ ｎ ｏ ｒ ｅ ｔＬｏ ｐ Ｂａ ｅ ｎ Ｐ Ｓ ｅ Ｓ ｍｕ ａ ｉ ｆ Ｃｕ ｒ ｎ ｏ ｓ ｄ ｏ Ｍ Ｍ ｏ
＋
） ０ 一
（） １
（） ２
定子绕组 三相对称 ， 各相绕组 的轴 线在空间上互 差 １０ 电角 ２。 度 ；）忽略铁心饱 和 、 ２ 不计 涡流和磁滞 损耗 ； ）永磁材料 的 ３
“ ＝ Ｒｉ ｃ ｌ
ｆ、
Ｌ ）＋∞（Ｊ ＋Ｌ ￣ ） ， ｉ ｓ
电导率为零 ； 相 绕组 中感应 电动势 波形是 正弦波 圳 。这 ４ ）
PMSM调速系统SVPWM控制的建模仿真[1]
![PMSM调速系统SVPWM控制的建模仿真[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/279561c689eb172ded63b7c4.png)
2 SVPWM 控制原理
整个控制系统的核心就是 PWM 控制器 , 它以 一定规律控制逆变器开关器件的通断状态将参考 电压变成一定频率和幅值的脉冲序列 , 实现对电机 的控制 ,并能有效地抑制和消除谐波 , 因此研究高 性能的 PWM 控制技术十分关键 。
SVPWM 也称磁通正弦 PWM 法
扇区号
Ⅱ
Ⅵ
Ⅰ
Ⅳ
Ⅲ
Ⅴ
m , p = 4; 逆变器直流母线电压 U dc = 300 V , 载波频
2
3. 1. 3 基本矢量作用时间计算
率为 2 kHz。空载启动 ,转速给定为 100 rad / s,在 0.
1 s时加入负载转矩 5 N ・m ,仿真时间为 0. 3 s。
基本矢量作用时间按照下式来计算 ,式中 Ts 是 逆变器开关周期 , U dc为逆变器直流母线电压 。
8 个导通状态 ,包括 6 个非零矢量 (称作基本电压矢
量 )和 2 个零矢量 ,这些电压矢量如图 3 所示 , 它们 在圆周空间呈均匀分布 。因此为了使逆变器输出 的电压矢量接近圆形 , 必须对这 8 种基本电压矢量 进行时间组合 ,例如当电压矢量位于图 3 所示的 Ⅰ 区时 ,用相邻的基本电压矢量合成 :
,它是以对称
模块 、 矢量切换点计算模块 、 PWM 波形生成模块 。
3. 1 SVPWM 模型算法 3. 1. 1 3 s/2 r坐标变换 3 s/2 s模块将三相参考电压变换为两相静止参
三相正弦电压供电时交流电机的理想磁通圆为基 准 ,用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去 逼近这个基准圆磁通 , 由两者的比较结果决定逆变
3u α ) TS / 2U dc
( 7)
脉动 ,而 SVPWM 方式则能较好的对转矩脉动进行 抑制 ,运用到实际中可更有效地降低机械系统的 振动 。
基于模糊控制策略的PMSM随动系统设计及仿真
ｓｒ ｔ ｇ ｎ ｄ ａ ｉ ｇ ｗｉｈ ｎ ｎ ｌ ｅ ｒａ ｄ ｅ ｔ ｒ ａ ｉｔ ｒ ａ ｃ ｓ ｓ ｐ ｒｏ ｏ ｔ ｅ ｔａ ｉｉ ｎ ｌＰ Ｄ ｏ ｔｏ ． ｔａ ｅ ｙ ｉ ｅ ｌ ｔ ｏ —ｉ ａ ｎ ｘ ｅ ｎ ｌｄ ｓ ｕ ｂ ｎ ｅ ｉ ｕ ｅ ｉ ｒｔ ｈ ｒ ｄ ｔ ａ Ｉ ｃ ｎ ｒ １ ｎ ｎ ｏ
Ｂ ｓ ｄｏ ｕ ｚ ｎ ｒ ｌ ｒ ａ ｅ ｎ Ｆ ｚ ｙＣｏ ｔ ｌ ｏｅ
ＧＡＯ ａ － ｕ ， Ｔｉ ｎ ｙ ＺＨＡＮＧ ｕ ， Ｊ ｎ‘ ＺＨＡＮＧ ｎ ， Ｌｏ ＨＥ ｎｇ ， Ｙｏ ＺＡＩＳ ａ － ｈ ｎ ｈｕ ｎｇ Ｓ ｅ ｇ
（ ． ｃｏｌ ｆ ｃ ａｉ ｌ ｎｉｅｒ ｇＮａｊ ｇ ｉｅｓｙ ｆ ｃ ｎｅ Ｔ ｃｎ ｌｇ ， ａｊ ｇ １０ ４ ｈｎ ； １Ｓｈ ｏ ｏ Ｍｅｈ ｎｃ ｇｎｅｉ ， ｎ ｎ ｖｒｉ ｉ ｃ ＆ ｅｈ ｏ ｙＮ ｎ ｎ ０ ９ ｉａ ａＥ ｎ ｉ Ｕｎ ｔｏ Ｓ ｅ ｏ ｉ ２ Ｃ
此许多人提 出了使用人工智 能、专家系统神经 网络 、模 糊控 制等策 略。在这 些策略 中 ， 模糊 控制可 以视 作具有
一
个非线性环 节 的变 系数控制 ， 因而其稳础 。 在 设 计 伺 服 系统 中 ，使 用 ＭＡＴＬ ／ ｉ ｌ ｋ对其方案进行验证和仿真 ， ＡＢ Ｓ ｍｕ ｉ ｎ 将大大
基于矢量控制的PMSM位置伺服系统电流滞环控制仿真分析
点) 位置对正弦波进行采样时 ,由阶梯波与三角波 的交点所确定的脉宽 ,在一个载波周期 (即采样周 期) 内的位置是对称的 ,这种方法称为对称规则采 样 。该方式可以使得输出的电压较非对称采样规 则高 ,同时使微处理器工作量减少 。
图 4 电流滞环跟踪控制电流波形示意图
3. 2 三角载波比较方式的电流滞环控制 采用三角载波比较方式基本原理是 :把指令
2 PMSM 位置伺服系统矢量控制 方案
建立 PMSM 及其驱动器的传递函数 。以凸
19
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电气传动 2006 年 第 36 卷 第 6 期
基于矢量控制的 PMSM 位置伺服系统电流滞环控制仿真分析
装式转子结构的 PMSM 为对象 ,在假设磁路不饱
和 ,不计磁滞和涡流损耗影响 ,空间磁场呈正弦分
布的条件下 ,当永磁同步电机转子为圆筒形 ( L d
= L q = L ) ,摩擦系数 B = 0 , 得 d , q 坐标系上永磁
电气传动 2006 年 第 36 卷 第 6 期
输出正电平 ,驱动上桥臂功率开关器件 S1 导通 , 此时逆变器输出正电压 , 使实际电流增大 。当实 际电流增大到与给定电流相等时 , 滞环控制器仍 保持正电平输出 , S1 保持导通 , 使实际电流继续 增大直到达到 ia = iaref + h , 使滞环翻转 , 滞环控制 器输出负电平 ,关断 S1 ,并经延时后驱动 S4 。
Abstract :Hysteresis2band current2co nt rol scheme of PMSM po sition servo system based o n vector co nt rol is analyzed deeply. For t he sake of high2performance current2loop in po sitio n servo system , we st udied general hysteresis2band current2cont rol and t riangular carrier wave hysteresis2band current2cont rol. Simulatio n models of t he two mode are build in Matlab , by t he simulatio n analysis , we can know t hat general hysteresis2band cur2 rent2cont rol will seriously influence o n performance of system , and triangular carrier wave hysteresis2band cur2 rent2cont rol can be used for good cont rol perfo rmance. When t riangular carrier wave hysteresis2band current2 co nt rol is used , analytical result s are good agreement wit h t he simulation result s , and t he result s can p rovide t heoretical basis fo r t he design of servo system.
基于转子磁场定向控制的PMSM伺服系统建模仿真
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ａ ｅ ｏ ｅ ｍａｈ ｍａ ｉａ ｄ ｌ ｆ ｓｒ ｃ ：ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ，ｂ ｓ ｎ ｔ ｔ ｅ ｔ ｌｍｏ ｅ ｈ ｃ ｏ
系统 仿真 模 型 。位 置 环 和速 度 环 采 用 经 典 的 Ｐ 控 Ｉ 制， 电流环 采用 转 子 磁 场 定 向矢 量 控 制 。仿 真 模 拟 了 电机 速度 伺 服和 位 置 伺 服 系 统 的 启 动 、 行 和 制 运 动的 全 过 程 。仿 真 结 果 表 明 ： 电 机 模 型 符 合 该
（ ｏｔｗ ｓ ｒ ｏ ｔ ｈ ｉａ Ｕ ｉ ｒ ｔ， ｉｎ７ ￣ ７ ，Ｃ ｉａ Ｎ ｒ ｅｔ ｎＰ ｌ ｅ ｎｃｌ ｎｖ ｓ ｙ Ｘ ｈ １ ２ ｈｎ ） ｈ ｅ ｙｃ ｅｉ
摘 要： 在分析永磁 同步 电动机 （ ＭＳ 数学 模 型的基 Ｐ Ｍ）
和 电流 环三 环组 成 。本 文在 分析 永磁 同步 电机数 学
ｔ ｒｆ ｌ ｒ ｎ ｅ ｅ ｔｒ ｃ ｎ ｒ ｌ ｓ ｓｅ ｍｏ ｅ ｈ ｓ ｂ ｅ ｓａ — ｏ ｅｄ ｏ ｅ ｔｄ ｖ ｃｏ ｏ ｔ ｙ ｔｍ ｄ ｌ ａ ｅ ｎ ｅ ｔ ｂ ｉ ｉ ｏ ｌ ｈ ｄ Ｉ ｈ ｐ ｅ ｌｏ ｓ ｏ ｏ ｔ ｌｓ ｓｅ ｔ Ｉｃ ｎｒ ｌ ｒ ｒ ｉ ｅ ． ｎ ｔ ｅ ｔ ｌ ｐ ｆｃ ｎｒ ｙ ｔ ｍ，ｗｏＰ ｏ ｔ ｌ ｓａ ｅ ｓ ｉ ｒ ｏ ｏ ｏｅ ａ ｏ ｔｄ ｉ ｈ ｐ ｅ ｄ ｐ ｓｔ ｎ ｌ ｐ， ｔｔ ｒｆ ｌ ｄ ｐ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓ ｅ ｄ ａ ｏ ｉ ｏ ｏ ｎ ｉ ａ ｓａ ｏ ｅ ｄ— ｏ ｅ ｔ ｄ ｉ ｉ ｒ ｎｅ ｖ ｃｏ ｏ ｔ ｌ ｒｉ ａ ｏ ｔ ｄ ｉ ｈ ｕ ｒ ｎ ｏ ｐ ｉ ｒ ｅ ｏ ｔ ｌ ｅ ｔｒｃ ｎ ｒ ｌ ｓ ｄ ｐ ｅ ｎ ｔ ｅ ｃ ｒｅ ｔ ｏ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｃ ｎ ｒ ｏｅ ｌ ｏ ｏ ｈ ｏ ｑ ｅ ｉ ｓ ａ ｅ ｕ ． ｈ ｉ ｌｔ ｄ ｌ ｈ ｏｅ ｐ ｔ ｅ ｔｒ ｕ ｎ ｔ ｔｎ ｏ ｓ Ｔ ｅ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｍｏ ｅｓ ｔｅ ｗｈ ｌ ｒ — ｎ ａ ｏ ｏ ｃ ｓｉ ｎ ｏ ｏ ｓ ｎ ｒ ｕ ｔｒｉ ｇ ｎ ａ ａ ｌ ｏ ｒｒ ｎ ｉｇ， ｎ ｅ ｓｏ ｆ ｎ ｔ ｔ ｏ ｑ ｅ ｓ ｔ ，ｉ ｖ ｒ ｂ ｅｐ ｗｅ ｎ ｎ ａ ｄ ｃ ａ ｔ ａ ｎ ｉ ｕ ｉ ｖ ｒｅ ｔｒ ｕ ｒ ｋ ｎ ｎ ｈ ｉ ｌｔ ｎ ｒ ｓ ｌ ｒａ ｉｅ ｏ ｉ ｏ ｎ ｅ ｏ ｑ ｅ ｂ ａ ｉｇ ａ ｄ ｔｅ ｓｍｕ ａｉ ｅ ｕ ｔ ｅ ｚ ｓｐ ｓｔ ｎ ｓ ｏ ｌ ｉ
基于神经网络预测控制的PMSM伺服系统的仿真研究
基于神经网络预测控制的PMSM伺服系统的仿真研究王群京,殷伟,姜卫东,王安邦(合肥工业大学电气工程与自动化学院,安徽合肥230009) 摘要:在PMSM 伺服系统中,电机大多采用的是矢量控制,参数的变化、负载扰动等因素对系统的稳定性、可控性影响较大。
现有的控制策略大多是滞后的,无法根据未来动态行为产生理想电机电压输入。
提出了一种基于神经网络的PWM 预测控制方法。
采用离线训练和在线修正的方法,获得PMSM 神经网络模型,并在控制过程中修正模型。
最优控制器根据该模型的输入、输出响应产生合适的电压波形。
在Matlab/Sim 2ulink 环境下完成仿真,结果表明,较之PI 控制器,神经网络预测控制具有更好的动态性能和鲁棒性。
关键词:神经网络;预测控制;永磁同步电机;伺服系统中图分类号:TP273 文献标识码:ASimulation of Predictive Control B ased ANN for PMSM Servo SystemWAN G Qun 2jing ,YIN Wei ,J IAN G Wei 2dong ,WAN G An 2bang(School of Elect rical Engineering &A utomation ,Hef ei Universit y of Technolog y ,Hef ei 230009,A nhui ,China )Abstract :In servo system driven by permanent magnet synchronous motor (PMSM ),the control strategy of motor is vector control mostly.Parameter vibration ,disturb of load torque have remarkable influence on dy 2namic character of motor.Because of lagging of control strategy ,controller can ′t produce ideal output by using characteristic of motor.Predictive control strategy based artificial neural networks ,was proposed for PMSM servo system.The architecture and parameter are acquired by learning offline and modification online.It can be used to predict characteristic of PMSM.Optimal controller can produce more ideal output waveform by using input &output of neural networks of PMSM.The control method is verified by simulation based matlab &Simulink.The results of simulation indicate that predictive based ANN has better characteristic and robust ,compared with traditional control strategy.K ey w ords :neural networks ;predictive control ;permanent magnet synchronous motor (PMSM );servo system 作者简介:王群京(1960-),男,博士,教授,Email :wqunjing @ 对于由PMSM 构成的伺服系统,国内外的大量学者做了卓有成效的研究工作。
PMSM伺服控制系统仿真分析
2020年4月22日星期三
3.3.1 PWM控制原理(6)
• 对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM波形，因 此正弦波一个完整周期的等效PWM波为：
Ud
O
ωt
Ud -U d
• 根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的PWM波，而 且这种方式在实际应用中更为广泛。
Ud
O wt
--U d
3.3.1 PWM控制原理(7)
• PWM波形可等效的各种波形
–直流斩波电路 –SPWM波
直流波形 正弦波形
基于“面积等效原理”
–等效成其他所需波形，如:
所需波形
等效的PWM波
3.3.2 PWM控制技术
• 目前中小功率的逆变电路几乎都采用PWM技 术
• 逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用场 合
• PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种 ， 目前实用的PWM逆变电路几乎都是电压 型电路
3.3.2 PWM控制技术
1、计算法
•根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算 PWM 波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通 断，就可得到所需PWM波形 •本法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化 时，结果都要变化
2、调制法
•把希望输出的波形作调制信号，通过对此信号波的调制 得到所期望的PWM波； • 采用等腰三角波或锯齿波作为载波，等腰三角波应用最多， 因其任一点的水平宽度和高度成线性关系且左右对称； • 载波与平缓变化的调制信号相交，在交点时刻控制器件通断 ，就得到宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合PWM的要求 ； •调制信号波为正弦波时，得到的就是SPWM波；调制信号 是其他所需波形时，也能得到等效的PWM波。
所谓控制系统的计算机仿真就是以控制系统的数学模型为基 础，借助计算机对控制系统的动态特性进行实验研究。
基于STM32单片机的PMSM伺服系统设计
图9
电流采样电路
电流流过采样电阻得到的电压信号是交流信号，有
正负性，信号电压值也非常小，因此需要对此信号进行
放大和整形。如图 10 所示，方案采用运放构建同相放大
器，用 3.3 V 单电源供电。交流相电流流经采样电阻 R0 而
产生交流微电压信号，此信号的变化会引起运放同相输
入端的电压产生相应的变化，再经过放大便可得到 0～
器，又作为 ADC 的触发源 [8]。ADC 用到的双规则同步模
式和注入同步模式由定时器 1 的两路比较器分别触发。
ADC 的 双 规 则 同 步 模 式 触 发 之 后 启 动 ADC 的 DMA 模
式，进行电压等非三相电流的模拟量采样。完成采样后
启动中断，中断程序执行读取编码器数据操作。ADC 的
规划 U、V、W 三相电流时，U 相电流信号接入 STM32 单
片机 ADC1 的其中一个通道管脚，V 相接 ADC1 和 ADC2
共有的一个管脚，W 相接 ADC2 其中一个管脚。这样每
个电流采样周期就可以根据 FOC 算出来的扇区选择其中
两相电流进行同时采样，如何计算出扇区此文不做详细
图 11
介绍，第三相的电流由基尔霍夫定律计算得出。
2.2 功率电路
如图 5 所示，PARK 变换模型的输入是 Iα、Iβ、电角
sin θùú
·
cos θû
CLARKE 变换模型
（1）
1.4 PARK 变换模型
éIdù écos θ
êI ú = ê
ë qû ë-sin θ
图6
（2）
PARK 变换模型
1.5 CLARKE 变换模型
如图 6 所示，CLARKE 变换的输入是三相电流 Ia、
基于交流伺服系统的仿真(永磁同步伺服系统)
永磁同步伺服系统设计与仿真序言永磁同步伺服系统是当代高性能伺服系统的主要发展方向,其特点是位置分辨率高、定位精度高、调速范围宽,低速稳定运行,无爬行现象,力矩波动小,响应速度快,峰值转矩高,过载能力强,能承受频繁起停、制动和正反转,无电刷,可靠性高,可工作于恶劣的环境。
因此,永磁伺服电机在下述领域得到了广泛的应用：高精度位置伺服控制,包括点位控制和连续轨迹控制；需要频繁调速,并要求低速且稳速运行的场合；需要张力调节和恒张力控制的场合。
本次设计以交流永磁同步伺服系统为研究对象，得到交流永磁伺服系统应用的状况，运用经典控制理论和现代控制理论，将机电专业知识综合运用，对系统进行建模，设计并调试基于单片机的软件程序。
本说明书共分三章，第一章介绍伺服系统的概论从而引出对永磁交流伺服系统的简单概述，并且通过比较AC和DC伺服系统以确定本设计说明书采用的是永磁AC交流伺服系统；第二章主要介绍三相PMSM交流服系统设计，首先比较BDCM和PMS M各自的特点确定采用PMSM系统，接着对系统进行数学模型的建立，并且对PMSM伺服系统进行矢量控制分析；第三章是利用单片机，设计基于单片机的仿真，并且列举调试过程中的问题以及解决对策。
第1章交流永磁同步伺服系统简介1.1伺服技术1.1.1 概述伺服技术是指执行系统中的控制技术。
伺服是在控制指令的指挥下控制驱动元件，使机械系统的运动按指令要求进行。
伺服系统主要用于机械设备位置和速度额动态控制，在数控机床、工业机器人、坐标测量机以及自行导引车等自动化制造，装配及测量设备中，已经获得了广泛的应用。
伺服系统的定义包括：（1）伺服系统—是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标值(或给定值)的任意变化的自动控制系统；（2）在自动控制系统中，使输出量能够以一定的准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为随动系统，亦称伺服系统。
采用伺服系统主要任务是：（1）以小功率指令信号去控制大功率负载；（2）在没有机械连接的情况下，由输入轴控制位于远处的输出轴，实现远距同步传动；（3）使输出机械位移精确地跟踪电信号。
基于PMSM伺服系统的建模与仿真设计
基于PMSM伺服系统的建模与仿真设计蒋明军;张学松;盖绍凤;刘斌;苗秋实【期刊名称】《测试技术学报》【年(卷),期】2011(025)001【摘要】在分析交流永磁同步电机数学模型的基础上,利用MATLAB/SIMULINK 设计出一种基于SVPWM变频调速系统的新型仿真模型,根据空间矢量算法的软件设计流程实现控制系统仿真.文中详细介绍了交流同步电机仿真模型和各功能模块模型的设计方法以及在系统仿真过程中的算法设置和连续系统的离散化设计.由仿真结果可见,系统在高、低速情况下都能平稳运行,控制系统具有良好的动、静态控制特性.运用控制系统模型仿真为设计交流同步电机控制系统提供了有效的手段和工具.也为实际电机控制系统的设计和调试提供了新的思路.【总页数】8页(P59-66)【作者】蒋明军;张学松;盖绍凤;刘斌;苗秋实【作者单位】中国兵器工业201所信息与控制技术部,北京,100072;中国兵器工业201所信息与控制技术部,北京,100072;中国兵器工业201所信息与控制技术部,北京,100072;中国兵器工业201所信息与控制技术部,北京,100072;中国兵器工业201所信息与控制技术部,北京,100072【正文语种】中文【中图分类】TJ303+.8【相关文献】1.基于矩角控制的PMSM伺服系统仿真与设计 [J], 张坤;张琳;董砚;郑易2.基于转子磁场定向控制的PMSM伺服系统建模仿真 [J], 杨永亮;马瑞卿;皇甫宜耿3.基于空间矢量脉宽调制的PMSM伺服系统建模与仿真 [J], 周浩;任智博;叶辛4.基于空间矢量脉宽调制的PMSM伺服系统建模与仿真 [J], 周浩;任智博;叶辛;5.PMSM伺服系统的PID控制器设计及仿真 [J], 仇国庆;罗宣林;王平;吴迪;杨志龙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于PMSM的伺服系统电流环的仿真
基于PMSM的伺服系统电流环的仿真25?基于PMSM的伺服系统电流环的仿真王志刚(邢台职业技术学院机电系,河北邢台054000)摘要:本文首先对数控机床伺服进给系统的执行元件交流永磁同步电机(PMSM)建立了其控制系统模型;其次对PMsM的电流环进行了校正,并在№tlah/Si砌ink下进行了仿真,结果表明系统具有良好的静态和动态性能.--_-关键~iPMSM:电流环MaⅡab/SiihI(伺服系统0--_0中图分类号:TP2~4.6文献标识码:A文章编号:to02-6886(2010l】o4—0Oj02 TheSimulationofCurrentLoopBasedonPMSMW ANGZhigangAbstract:.paperfirstestablishesthemodeofpermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM) controlsystem;thendesignedthecur-rentloopofPMSM.andMaflab/Simulinksimulationwascarriedout.Theresultsshowthatth esystemhasgoodstaticanddynamicperform-ante.Keywords:PMSM;currentloop;Matlab/Simulink;s~rvosystem0前言由于高速切削,超精密加工等先进技术的发展,全数字交流伺服驱动系统成为机床行业的关注热点,并将成为伺服驱动系统的发展方向.在交流伺服系统中,电动机的类型有永磁同步交流伺服电机和感应异步交流伺服电机,其中,永磁同步电机具备十分优良的低速性能,可以实现弱磁高速控制,调速范围宽广,动态特性和效率都很高,已经成为伺服系统的主流之选.本文以数控机床伺服进给系统中普遍采用的交流永磁同步电机(PMSM)为研究对象,建立其控制系统电流环的数学模型,进行了仿真,得到了相应的仿真波形,验证了整个系统设计的正确性,以便为其动态性能和稳态性能的分析提供依据.1永磁同步电机数学模型本文采用的是正弦波供电永磁同步电机,转子上没有阻尼绕组.控制对象的数学模型应该能准确反映被控系统的静态和动态杼胜,数学模型的准确程度是系统静态和动态性能优劣的关键.为了简化永磁同步电机的数学模型,做如下假设J:1)定子绕组三相对称,各相绕组的轴线在空间上互差120.电角度;2)忽略铁心饱和,不计涡流和磁滞损耗;3)永磁材料的电导率为零;4)相绕组中感应电动势波形是正弦波圳.这样就形成了我们要研究的理想电机,虽然实际的永磁同步电机可能不具备理想电机的苛刻条件,但是可以采用修正相关参数等办法来弥补.数学模型的研究工作都是建立在坐标变换原理的基础上,在永磁同步电机(PMSM)矢量控制中常用的坐标系有三种:三相定子坐标系(ABC坐标系),两相静止坐标系(坐标系),两相旋转坐标系(dq坐标系).如图1所示,其中三相定子坐标系A—B—C由定子三相绕组所在的位置决定;两相静止坐标系一与定子三相绕组的位置相对固定,它的方向定位于定子绕组A相的产生磁势的方向,轴与A相重合,轴超前A轴90.;对于两相旋转坐标系d一图1PMsM坐标系相对坐标关系q,d轴跟单磁极的N极方向相同,即和磁力线的方向相同,q轴超前d轴9o..从三相定子坐标系A—B—C变换到两相静止坐标系一卢,称为Clarke变换.两相静止坐标系(仅一卢)向两相旋转坐标系(d—q)的转换称为Park变换.最终得到三相永磁同步电机在转子dqO坐标系统下转矩方程和电压方程基本方程为:Ud=Rid+)一0(1)"=Riclf,L)+∞(,J+L~is)(2)=号p=K,i(3)=+警(4)作者简介:王志刚(1979一),男,助教,硕士研究生,主要研究方向为先进制造技术. 收稿日期:2010—1—20中国机械采购网一m|_}}.一t1i誊26?式中:为绕组等效电阻,L为等效d轴电感,为等效q轴电感,P为电机磁极对数,为转子机械角速度,为转子磁场的等效磁链,为折算到电机轴上的总负载转矩,i为d轴电流,i为q轴电流,J为系统总转动惯量.2矢量电流控制策略对于永磁同步电机矢量控制而言,一定的定子电流对应了一定的转矩,而转矩则直接决定电机的转速,因此矢量控制的本质是对电机定子电流空间矢量幅值和相位进行控制,i =0的矢量控制方式是同步电机的电流主要控制策略之一.i=0控制,通常q轴电流i.为转矩电流分量,对电磁转矩的产生起主要作用,而d轴电流i为励磁分量,对电磁转矩的产生贡献不大,且存在使永磁体去磁的可能.一般情况下, 为了获得最大有效转矩,通常控制i=0,即控制q轴电流分量为零,所以该控制算法简单,使得电磁转矩与定子电流成正比;同时不会使PMSM因退磁而}生能变坏,并且易于实现. 矢量控制的电流环在上述电机模型的基础上主要包括电流给定量平衡滤波器,电流调节器,PWM单元,PMSM电枢回路,以及电流检测反馈滤波器.并且基于现代交流伺服系统的特点可以认为电流环的响应速度比速度环快得多,所以在研究线性范围内的动态过程时,可以认为电势反馈被强电流环断开而忽略..这样可以根据方框图等效变换,得到电流环的简化框图如下:其中为滤波时间常数,rPw为逆变器的惯性时间常数,为逆变器的放大系数,尺为电枢电阻,￡图2简化后的电流环控制框图为电枢电感,为检测环节的放大系数.在数控机床的伺服进给系统中电流环为一随动系统,要求在任意睛况下快速跟踪电流指令.从稳态要求上看,希望电流环做到无静差以获得理想的堵转特性;从动态要求来看,电流环的一项重要作用就是保持电动机电枢电流在动态过程中不超过允许值,即在突加控制作用时不希望有超调,或者超调量越小越好.从这一考虑出发,在永磁同步电机伺服系统电流环的控制中只采用PI调节器进行调节,电流环在零到额定转速均能够实时跟踪电流给定,在给定与实际电流问有很小的相位差,并随着转速的增加而增加,实际电流幅值与给定相等.此时电流环PI调节器的传递函数为:71.+】GPf(s)=K(5)』i其中:一积分时间常数;一比例系数.为了抵消大惯性环节对系统的延迟作用令=L/R.则调节后的电流环开环传递函数为:Gs)=而熹(6)按照标准二阶系统的设计有:—(7)K4KKp酬(7_PwM+r)得～只Kp2系统在单位阶跃信号下即R(s)=1/s的稳态误差为:=㈩=lira==.可以看到在PI调节作用下,系统具有良好的稳态性能.3实验及结论系统仿真采用Matlab/Simulink软件,它是一种图形化仿真工具包,不仅能够进行动态系统建模,仿真和综合分析,同时它又可以处理线形与非线性系统,离散,连续和混合系统问题.仿真所用电机参数:额定扭矩为2.39N?lffl,额定功率为750W,机械时间常数为0.34,电气时问常数8.7ms,电感3.4rnH,电阻0.45Q.在Matlab/Simulink下仿真,结果如图3,图4所示.电流环单位阶跃响应曲线/l/:/图4电流环方波信号响应曲线图可以看到系统的超调为4.7%,上升时间为0.0005S,调整时间为0.001S,系统的动态响应达到了较好的性能指标,电流在动态响应过程中没有出现过度超调.本文首先建立交流永磁同步电机的数学模型,然后设计了PI调节器对电流环了进行了校正和仿真.结果表明系统具有良好的动态和稳态性能,为数控机床伺服系统的设计提供了理论和参考价值.参考文献『1]暨绵浩.高精高速伺服驱动技术现状及发展趋势.伺服控制,20O9.6 [2]刘迪吉.航空电机学[M].北京:航空工业出版社,1992『3]朱震莲等着现代调速系统[M]西安:西北工业大学出版社,1994 『4]陈志杰.高性能永磁同步电机矢量控制系统研究[D].南京:东南大学,199310『5]舒志兵.交流伺服运动控制系统.北京:清华大学出版社,2006 [6]牛洪海.永磁同步电动机控制系统及控制方法研究[D].浙江大学硕士学位论文,2006f71赵广元.MATLAB与控制系统仿真实践,北京:北京航空航天大学出版社.20092l8642ll0o。
基于SVPWM的PMSM矢量控制系统的建模与仿真
基于SVPWM的PMSM矢量控制系统的建模与仿真王桂荣;李太峰【摘要】为提高永磁同步电机(PMSM)的运行精度,解决传统SPWM调制技术在电机控制中母线电压利用率低的问题,介绍了电压空间矢量脉宽调制技术( SVPWM)的原理和实现方法,在Matlab/Simulink环境下采用SVPWM技术构建了PMSM 双闭环矢量控制模型.仿真结果验证了该系统设计的有效性,为实际PMSM控制系统的设计提供了有效依据.%In order to improve the operation precision of PMSM and solve the low-usage of bus voltage problem when use the traditional way of SPWM in motor control, this paper introduces the principle of the space vector pulse width modulation(SVPWM) and recommend the manner of its fulfillment. The double-closed loop model is built with vector control based on SVPWM,which is under Matlab/Simulink condition. The simulation results verify the effectiveness of this model and offer useful data for the actual design of PMSM control system.【期刊名称】《大电机技术》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】4页(P9-12)【关键词】电压空间矢量脉宽调制;永磁同步电机;矢量控制【作者】王桂荣;李太峰【作者单位】中国计量学院机电工程学院,杭州 310018;中国计量学院机电工程学院,杭州 310018【正文语种】中文【中图分类】TM351引言永磁同步电机（PMSM）因其体积小、效率高、转动惯量小等特点，成为高性能运动控制的理想执行单元。
基于矩角控制的PMSM伺服系统仿真与设计
基于矩角控制的PMSM伺服系统仿真与设计摘要：随着我国经济和工业水平的不断提高与发展，高性能、低功耗的伺服系统备受关注。
以永磁同步电机(PMSM)为母机的伺服系统以其高性能比而受到诸多关注。
以PMSM 为控制对象，对交流步进传动中矩角控制方式应用于伺服系统的情况，进行了动态仿真研究与实际实验平台验证。
仿真与实验结果表明，应用矩角控制方式的PMSM 伺服系统具有良好的动态特性与定位特性，完全满足现代工业伺服系统中的高性能、低功耗的要求。
同时，研究结果也为PMSM 在高性能控制场合下的应用打下了坚实的理论与实验基础。
关键词：永磁同步电机；矩角控制；伺服系统1 引言PMSM 以其高效性、高转矩惯量比、高能量密度而受到诸多关注，因而在数控机床、军工、航天等领域逐渐得到广泛应用。
交流步进传动控制是将位置控制、速度控制和伺服控制等不同的传动控制方式有机结合，使PMSM 的气隙磁动势由连续的旋转磁场变为离散的步进磁场。
对离散的步进磁动势进行控制，可获得良好的速度控制，还可进一步取得精确的位置控制，从而形成高性能的交流传动控制系统。
电力电子技术的应用使系统具有离散控制的基本特征，使传统的运动控制思想得到突破。
它打破了连续与离散、速度与位置、旋转与步进的严格界限，形成了一种统一的交流步进控制理论。
2 步进控制与矩角控制理论2．1 步进控制理论PMSM 的步进控制的中心思想是将电机的定子电流离散为bH 步。
每一步对应一个大小固定和位置步进的定子磁动势，与转子磁动势构成步进角，从而产生步进的复位转矩，进而将转子锁定在一个特定位置上。
若将PMSM 的定子磁势由旋转磁势离散为步进磁势，则定子气隙中所停靠的位置也就是该电机步进运动时能够提供的定位点数，即电机的每步数。
当PMSM 定子绕组输入三相对称正弦电流ia，ib，ic 时，有：式中：Im 为输入三相电流的峰值。
将PMSM 三相磁动。
实际交流伺服运动控制系统数学模型及仿真分析
第3章交流伺服运动控制系统模型及仿真分析PMSM（三相永磁同步电机，permanent magnet Synchronous motor）PMSM位置伺服系统具有位置环、速度环和电流环三闭环结构，电流环和速度环作为系统的内环，位置环为系统外环。
本章介绍交流伺服运动控制的体系结构及组成。
基于PMSM及其驱动器为核心的伺服运动控制系统，建立其数学模型并进行仿真分析。
从分析影响电流环性能的因素着手，提出了PMSM 位置伺服系统电流环综合设计方案。
速度环的设计分别采用PI控制和变结构控制，位置环的设计采用变结构控制。
滑模变结构控制可以提高系统的响应速度、实现定位无超调、改善对负载扰动的鲁棒性和对参数变化的鲁棒性。
仿真模块基于MATLAB/Simulink和Powerlib模块库搭建起来的。
3.1 永磁同步电动机交流伺服运动控制系统交流伺服电动机---工厂自动化(FA)中广泛应用。
永磁同步电动机交流伺服运动控制系统的组成图3-1 交流伺服运动控制系统的集中控制结构伺服系统：驱动部分的伺服电机及其驱动器,外加编码器构成通常所说的伺服系统伺服运动控制系统：除了驱动部分以外，还包括操作软件、控制部分、检测元件、传动机构和机械本体，各部件协调完成特定的运动轨迹或工艺过程。
1. 控制器控制器主要有四种：单片机系统，运动控制专用PLC系统，专用数控系统，PC+运动控制卡。
（1）单片机系统由单片机芯片、外围扩展芯片以及外围电路组成，作为运动控制系统的控制器。
单片机方案优点在于成本较低缺点：I/O口产生脉冲频率不高，控制精度受限，研发周期较长，调试过程烦琐。
（2）运动控制专用PLC系统许多品牌的PLC都可选配定位控制模块PLC通常都采用梯形图编程，可以与HMI进行通讯，在线修改运动参数PLC的循环扫描工作方式决定了它实时性能不是很高，要受PLC每步扫描时间的限制。
主要适用于运动过程比较简单、运动轨迹固定的设备，如送料设备、自动焊机等。
基于矩角控制的PMSM伺服系统仿真与设计
琳 ，董 砚 ，郑 易
３０３ ０ １０；２河北工 业大学 ， 息工 程学 院 ，天 津 ． 信 ３０３ ） ０ １０
摘要： 随着 我 国经 济 和工 业 水平 的 不 断提 高与 发 展 ， 高性 能 、 功耗 的伺 服 系统 备 受关 注 。 以永 磁 同步 电机 低
（ ＭＳ 为母 机 的伺服 系统 以其高性 能 比而 受到诸 多关 注 。以 Ｐ Ｍ 为控制 对象 ， 交流步 进传 动 中矩 角控 制 Ｐ Ｍ） ＭＳ 对 方式应 用于 伺服 系统 的情况 。 进行 了动 态仿 真研究 与实 际实验 平 台验 证 。仿真 与 实验结果 表 明 ． 应用矩 角控 制 方式 的 Ｐ Ｍ伺 服 系统 具有 良好 的动态 特性 与 定位 特性 ， 全满 足现 代 工业 伺服 系统 中 的高 性 能 、 功耗 的 ＭＳ 完 低 要求 。 同时 ， 研究 结果也 为 Ｐ Ｍ 在高 性能控 制场 合下 的应用 打下 了坚实 的理论 与实验 基础 。 ＭＳ
２２ 矩 角 控 制 理 论 ．
在 Ｐ Ｍ 的 传动 控 制 中 。定 子 上 产 生 的 电枢 ＭＳ 磁 势 与 转 子 磁 势 同 步 旋 转 ，产 生 电磁 转 矩
。
该伺 服系统 的 Ｍａａ／ｉｕ ｎ 仿 真模 型主要 ｔ ｂＳ ｌ ｋ ｌ ｍ ｉ 包 括 ： 电流 滞 环 Ｐ ＷＭ 逆 变 器 模 块 、ＭＳ 模 块 、 Ｐ Ｍ
ｉｄ ｓｒ ｌ ｓｒｏｓ ｓ ｍ． ｈ ａ ｈｌ ｔｅ ｒｓａｃ ｅｕｔ ａｓ ａａ ｌｓ ｏｉ ｕ ｄ ｔ ｎ ｉ ｈ ｏ ｎ ｅ ｅｃ ｎ ｕ ｔ ａ ｅｖ —ｙ ｔ Ｉ ｔｅ ｍｅ ｎ ｗ ｉ ｈ ｅｅ ｒｈ ｒｓｌ ｏ ｅ ｔｂｉｈ ａ ｓｌ ｆ ｎ ａ ｏ ｎ ｔｅ ｒ ａ ｄ ｒｓ ｒｈ ｉ ｅ ｎ ｅ， ｓｌ ｄｏ ｉ ｙ
最新实际交流伺服运动控制系统数学模型及仿真分析精品版
2020年实际交流伺服运动控制系统数学模型及仿真分析精品版第3章交流伺服运动控制系统模型及仿真分析PMSM（三相永磁同步电机，permanent magnet Synchronous motor）PMSM位置伺服系统具有位置环、速度环和电流环三闭环结构，电流环和速度环作为系统的内环，位置环为系统外环。
本章介绍交流伺服运动控制的体系结构及组成。
基于PMSM及其驱动器为核心的伺服运动控制系统，建立其数学模型并进行仿真分析。
从分析影响电流环性能的因素着手，提出了PMSM位置伺服系统电流环综合设计方案。
速度环的设计分别采用PI控制和变结构控制，位置环的设计采用变结构控制。
滑模变结构控制可以提高系统的响应速度、实现定位无超调、改善对负载扰动的鲁棒性和对参数变化的鲁棒性。
仿真模块基于MATLAB/Simulink和Powerlib模块库搭建起来的。
3.1 永磁同步电动机交流伺服运动控制系统交流伺服电动机---工厂自动化(FA)中广泛应用。
永磁同步电动机交流伺服运动控制系统的组成«Skip Record If...»图3-1 交流伺服运动控制系统的集中控制结构伺服系统：驱动部分的伺服电机及其驱动器,外加编码器构成通常所说的伺服系统伺服运动控制系统：除了驱动部分以外，还包括操作软件、控制部分、检测元件、传动机构和机械本体，各部件协调完成特定的运动轨迹或工艺过程。
1. 控制器控制器主要有四种：单片机系统，运动控制专用PLC系统，专用数控系统，PC+运动控制卡。
（1）单片机系统由单片机芯片、外围扩展芯片以及外围电路组成，作为运动控制系统的控制器。
单片机方案优点在于成本较低缺点：I/O口产生脉冲频率不高，控制精度受限，研发周期较长，调试过程烦琐。
（2）运动控制专用PLC系统许多品牌的PLC都可选配定位控制模块PLC通常都采用梯形图编程，可以与HMI进行通讯，在线修改运动参数PLC的循环扫描工作方式决定了它实时性能不是很高，要受PLC每步扫描时间的限制。
PMSM矢量控制调速系统建模与仿真-毕业论文
---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印--- 摘要随着科技更加便捷的发展，引进了一些新的更加方便，更加高效，更加准确，更加无损耗的技术，即PMSM矢量控制技术。
第一，PMSM就是加入了新的材料，把之前的电动机做了改动，利用永磁材料替代之前的结构来维持电动机永恒的转动，使定子与转子的速度同步起来，这样的电动机就叫做永磁同步电机。
直流励磁绕组相对于永磁材料来说损耗降低了。
第二，矢量控制理论即就是通过控制电动机工作时的电流，主要是控制其中的磁场电流和转矩电流的角度大小和模值大小，把这种控制定子电流的方式称之为矢量控制。
通过以上两种技术的改革，从而使对电动机的控制更加简洁，方便，高效。
本文的研究思路是先对永磁电动机的基本结构，工作原理，及其应用特点本做了简单的阐述，然后介绍了面装式电动机的矢量控制技术，最后建立永磁电动机的矢量控制调速系统，进行仿真数据，和最后的分析仿真结果。
关键词：PMSM矢量控制技术；永磁材料；矢量控制理论；建立；仿真AbstractWith the development of technology more convenient, the introduction of some new more convenient, more efficient, more accurate, more lossless technology, that is, PMSM vector control technology. First, PMSM is to add a new material, the previous motor to do the change, the use of permanent magnetic material to replace the previous structure to maintain the permanent rotation of the motor, so that the speed of the stator and the rotor together, this motor is called permanent magnet Synchronous motor. The DC field windings are reduced in loss relative to the permanent magnet material. Second, the vector control theory that is by controlling the motor current, mainly to control the magnetic field current and torque current angle size and modulus value, the way to control the stator current is called vector control. Through the reform of the above two technologies, so that the control of the motor more concise, convenient and efficient.This paper first studies the basic structure, working principle and application characteristics of the permanent magnet motor, and then introduces the vector control technology of the surface mount motor. Finally, the vector control speed of the permanent magnet motor is established. System, simulation data, and final analysis of simulation results.Key words: PMSM vector control technology; permanent magnet material; vector control theory; establishment; simulation目录TOC \o "1-3" \h \u HYPERLINK \l _Toc16111 摘要 IAbstract II1 引言 12 永磁同步电机（PMSM）的概述 12.1 永磁同步电机的基本结构 22.2 永磁同步电动机工作原理 32.3 永磁同步电动机的特点 43 面装式三相永磁同步电动机矢量方程 43.1 矢量控制理论 43.2 电压矢量方程 53.3 电磁转矩矢量方程 83.4 面装式三相永磁同步电动机矢量控制及控制系统93.4.1 基于转子磁场的转矩控制93.4.2 坐标变换113.5 FOC控制技术的思路124 PMSM矢量控制系统的建模与仿真134.1 Simulink软件的简介134.2 模型的假设134.3 仿真模型的建立144.4 系统模型的模块144.4 永磁同步电动机的仿真结果 17结论19参考文献20谢辞211 引言随着二十一世纪科技的发展，永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor）的发展被广泛应用，电机研究成为社会使命中重要的研究课题之一[1]。
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６３
圈１０ ＰｗＭ驱动波形仿真模块
啦．１０ ＳｉｍｕＩａｔｉｏｎ ｒｒｌ（）ｄｕｌｃ ｏ¨’ｗＭ ｄｒｉｖｅ ｗａｖｅｈ）ｍ
２．３控制系统仿真模型
控制系统仿真模型除了由矢量控制模块、ＰｗＭ生成模块组成以外，还包含同步电机检测模块、功率 开关模块和ＰｌＬ）调节模块等，其中同步电机检测模块检测出的三相定子电流和电机转速经反馈后，形成 电流环和测速环的双闭环控制系统，如图１１．
ｑ删哪ｌｌｐ呻∞ｔ Ｆ蜒．９‰ｍｌａｔｉ∞ｎＩ）ｄｕｋ ｏｆ ｐ，ｗｅｒ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｄｅ“ｃｅ
功率开关器件开通分量通过与频率为１０ ｌ【｝七的调制三角波进行比较后，通过系统滞环比较产生６ 路ＰＷＭ调制驱动波形如图１０．
万方数据
（总第８５期）
基于Ｉ，ＭｓＭ伺服系统的建模与仿真设计（蒋明军等）
Ｘ＝Ｔｆ删＊００ｓ（日，＋２７０。）， ｙ＝Ｌ删＊ｃｏｓ（巩＋３３０。）， Ｚ＝Ｌ删＊００ｓ（口，＋２１０。），
建立的功率器件开通时间分量的仿真子模块模型如图６所示．
Ｗｂｒｋｓｐａｃｃ
圈６功率开关分萤仿其便块 ＦＩＢ．６ ＳｉｍｕＩａｔｉｏｎ ｎ划ｕｌｃ ｏｆ ｐａｗｅｒ州ｉｔｃ ｈｉｎＲ ｃｏｍｐｆｍｅｎｔ
系统仿真时，给定转速５００ ｒ／ｍｉｎ，控制系统的调制频率为１０ ｋＨｚ，在ｆ＝０时刻启动．负载扭矩ｔ ＝１．５ Ｎ·ｍ．图１２～图２０，图２２，图２４是各参鲢随时间ｆ（ｓ）变化的仿真图，纵坐标表示各仿真参缝，横
万方数据
坐标表示时间ｆ（ｓ）的变化。．
测试技术学报
斌 脚 罂 …
２０１１年第ｌ期
图１２定子三相电流
圈１６同步电机定子绕组线电压波形 Ｆ培．１６ Ｌｉ眦ｖ０Ｉｔ耀ｅ ｗａｖｅｆａｎｎ ｏｆ ｓｙｎｃｈ删１０曝ｍｏｔｏｒ ｓ协ｔｏｒ
圈１７电流反馈ｂ和ｆ。
啦．１７（）Ｉ咖ｔ矧ｂａｃｋ ０ ａｎｄ ｆ口
３．３系统仿真分析
１）从图１８和图１９控制系统的速度（ｒ／ｍｉｎ）随时间ｆ（ｓ）的输出曲线可以看出，交流同步电机由于机 械时间常数和电气时间常数很接近，系统运行时易产生振荡．因此，控制系统需加深度电流负反馈以减 少电机电气时间常数，避免控制系统振荡．但是如果电流反馈过深会造成控制系统动态响应变差．因此， 应根据实际系统进行反馈深度调节．
基于ｆ】ＭｓＭ伺服系统的建模与仿真设计（蒋明军等）
６５
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Ｈｇ．１８
圈１８无电流环的速度输出 Ｔｈｃ ｖｅｋ）ｃｉｔｙ ０ｕｔｐｕｔ ｏｆ ｌ∞ｐ ｎｏｎ－ｃｕｒｒｃｎｔ
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田２０相电流滤波波形 ｎ墨．２０ Ｐｈａ鸵ｃｕｒｒ印ｔ ｆｉｌｌｅｒｉｎｇ ｗａｖｅｆｏｒｎｌ
２们１年第ｌ期
图７转子位置扇区仿真模块 ｎｇ．７ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｕＩｅ ｏｆ ｍｔｏｒ ｐ碱ｔｉｏｎ ｓｅｃｔｏｒ
圈８相邻基准向量比重计算仿真模块
ａｄｊ踟ｌ Ｆ蟾．８ Ｓｉｍｕ－ａｔｉｏｎ ｎ１０ｄｕｌｅ ｏｆ
ｂａ鸵ｖｅｃｔｏｒ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ睫ｌｃｕｌａｔｉ∞
圈９功率开关器件开通分量仿真模块
蒋明军，张学松，盖绍凤，刘 斌，苗秋实
（中国兵器工业２０ｌ所信息与控制技术部。北京１０００７２） 摘要： 在分析交流永磁同步电机数学模型的基础上，利用ＭＡＴＩＡＢ／ｓＩＭＵ ＬＩＮＫ设计出一种基于Ｓ、伊． ｗＭ变频调速系统的新型仿真模型，根据宅间矢量箅法的软件设计流程实现控制系统仿真．文中详细介绍 了交流同步电机仿真模型和各功能模块模型的设计方法以及在系统仿真过程中的算法没置和连续系统的离 散化设计．由仿真结果可见，系统在高、低速情况下都能平稳运行，控制系统具有良好的动、静态控制特性． 运用控制系统模型仿真为设计交流同步电机控制系统提供了有效的手段和工具。也为实际电机控制系统的 设计和调试提供了新的思路．
关键词： 交流永磁同步电机；变频调速；矢量控制；建模；仿真
中图分类号：ＴＪ３０３＋．８ 文献标识码：Ａ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７ｌ一７４４９．２０１１．０１．０ｌｌ
Ｍｏｄｅｌ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＰＭＳＭ Ｓｖｓｔｅｍ
Ｊ ＩＡＮＧ Ｍｉｎｇｊｕｎ，ＺＨＡＮＧ Ｘｕｅｓｏｎｇ，ＧＡｌ Ｓｈａｏｆｅｎｇ，ＬＩＵ Ｂｉｎ，ＭＩＡｏ Ｑｉｕｓｈｉ
·收稿日期：２０１０．（１６．２９ 作者简介：蒋ＨＪＩ军（１９７５．）．男，高［．主婴从事电机｜峨动‘ｊ交流ｆｌｆＪ服控制研究
万方数据
测试技术学报
２０１１年第ｌ期
的永磁同步电机调速系统的仿真，并分析系统闭环后的性能和动态响应．
１仿真系统的组成
仿真系统通过模拟速度信号源给出速度信号，信号经过旋转坐标变换与系统时间变量合成出空间电 流向量，此电流向量用于产生ＳＶＰＷＭ驱动波形驱动电机旋转，检测模块检测交流永磁同步电机的转子 空间角度、定子三相电流和电机转速并输出，通过定子相电流向量分解，计算出电机直轴和交轴电流分 量用于反馈形成电流闭环，通过检测电机速度输出形成速度闭环，通过调整ＰＩＤ整定参数和系统双闭环 控制参数，监测交流同步电机伺服系统的动态响应．
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Ｖ２（ＯｌＯ）
Ｖ６（ＩｌＯ）
八一ⅧⅨ呻口一 Ｖｌ（００１）
Ｖ５（１０Ｉ）
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瓦＝ｕＩ
圈４正六边形磁链轨迹 Ｉ诹．４ Ｈｅ煳ｇ（ｍａｌ ｎｕｘ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ
豳５定子合成磁场 Ｈｇ．５ Ｓｙｎｔｈｅｔｉ∞Ｉ ｍａｇｎｃｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｓｔａｔｏｒ
为了方便求解功率开关器件的开通时间，可根据转子磁场与电机定子【，相绕组的夹角并引入调制 时间变量进行计算
（Ｎｏｖｅ一，Ｂｅｉｉｎｇ １０００７２．Ｃｈｉｍ） Ａｂｓｔ憎ｃｔ： Ｉｎ ｔｈｅ ａｎａＩｙｓｉｓ ｏｆ ｐｅｍｌａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ（ＰＭＳＭ）ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ，ａ ｎｅｗ
ｓｉｍｕＩａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＶＰＷＭ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ∞ｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＭＡＴＬ，ＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ， ａｃ００ｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒＯｃｅＳｓ ｏｆ ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ａｌｇｏ—ｔｈｍ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ∞ｎｔｒｏｌ ｓ”ｔｅｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｔａｉｌｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ＡＣ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｆｕｎｃｔｉｏｍｌ ｍｏｄｕｌｅ ｍ。ｄｅＩｓ，弱ｗｅｌｌ ａｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ Ｓｅｔｔｉｎｇ ａｎｄ ｄｉｓｃｒｅｔｉｚａｔｉｏｎ ｄ鹤ｉｇｎ ｏｆ∞ｎｔｉｎｕｏｕｓ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｃａｎ ｂｅ ｓｅｅｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｐｅｒａｔｅ ｓｔａｂｌｙ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ａｎｄ ｌｏｗ ｓｐｅｅｄ ｃＯｎ— ｄｉｔｉｏｎｓ，ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ９０。ｄ ｄｙｎａｍｉｃ ａｎｄ ｓｔａｔｉｃ ｃＯｎｔｒｏｌ ｆｅａｔｕｒｅＳ．Ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｍＤｄｅｌ ｓｉｍｕｌａ— ｔｉｏｎ ｐｍｖｉｄ豁ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅａｎｓ ａｎｄ ｔ∞ｌｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ／屺ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ００ｎｔｍＩ ｓｙｓｔｅｍ，ｂｕｔ ａｌＳｏ ｎｅｗ ｗａ”ｏｆ ｔｈｉｎｋｉｎｇ ｆｏｒ ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ∞ｎｔｒｏｌ ｓ”ｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｄｅｂｕｇ．
交轴给定
，，。———‘、、
速度给定
交轴ＰＩＤ调节 直轴ＰＩＤ调节
圉圉囤
高压电源 ｓⅥ，ｗＭ卜＿．１逆变电源卜—．叫同步电机
速度反馈
３／２变换ｈ—一电流反馈
检测模块
２ 系统建模
…举蠹客一＊…鲫 ｉ，Ｉ＝Ｉ—Ｐ＊∞，一Ｒ／Ｌ一腿／Ｌ Ｉ×ｌ ｉ。Ｉ＋Ｉ ｕ／Ｌ Ｉ，
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２）从图２０相电流（Ａ）滤波波形随时间￡（ｓ）变化可以看出，由于控制系统在低速运行时，定子电流 很小，由电流采样模块采样的电流波形畸变较大，因此，需要进行电流滤波，根据控制系统的额定转速 可知，电流的频率最大为９０ Ｈｚ，仿真系统进行了滤波设计如图２ｌ。滤波频率为５００ Ｈｚ．
万方数据
（总第８５期）
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＭＳＭ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ｖｅｃｔｏｒ∞ｎｔｍＩ；ｍｏｄｅｌ；硝ｍｕｌａｔｉｏｎ
交流永磁同步电机（Ｐｃｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ，ＰＭｓＭ）的特点是用永磁体取代电励磁式 电动机转子上的励磁绕组，以省去励磁线圈、滑环和电刷，具有结构简单、体积小、功率高、转矩电流比 高、转动惯量小、易于散热及维护等优点，己成为现代交流伺服控制系统的主流．
Ｆ龟．１２ Ｔｈｒｅｅ．ｐｈａ鸵ｃｕｒ姗ｔ ｏｆ ｓｔａｔｏｒ
６ 一 × ～ 蠢－ ● 制 厦 哥
圈１４功率开关器件导通时间
Ｆ豫．１４ Ｔｉ眦ｏｆ ｐａｗｃｒ洲ｉｔｃｈ堍ｄｅｖｉｃｅ（）ｐ咖ｅｄ
圈１３转子所处扇区 ｎｇ．１３ ｓｅｃｔｏｒｓ ｏｆｔｈｅ ｒｏｔｏｒ
圈１５相邻基准向量
№．１５删ａ唧ｔ ｂａ辩ｖｅｃｔｏｒ
交流永磁同步电机伺服系统仿真结果的准确性和实用性是系统仿真的关键．因此，系统建模的准确 性是系统仿真成败的关键．交流永磁同步电机的仿真模型呵以从ＳＩＭＵ ＬＩＮＫ模块库中直接涮用ＰＭｓＭ 模块．对于不同的永磁同步电机，需设置转子磁极对数、定子绕组、磁链等相关参数，对于模拟系统程序 算法的各功能子模块可以建立分别的子系统或Ｍ函数．对于连续系统仿真的离散化，其伺服系统仿真 的准确性依赖于所使用的仿真箅法．因此，我们选择系统离散的龙格库塔算法实现电压型逆变器供电下