基于simulink的永磁同步电机驱动系统仿真

2014 年第 12 期
姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨
陈飞
杨世文
姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨
２、 安徽奇瑞新能源汽车技术有限公司 Ｂ０＝ｕβ Ｂ１＝ｓｉｎ６０°ｕα－ｓｉｎ３０°ｕβ Ｂ２＝－ｓｉｎ６０°ｕα－ｓｉｎ３０°ｕβ 利用公式 （１．２ ） 计算出扇区号 Ｎ 值： Ｎ＝ｓｇｎ（Ｂ０）＋２ｓｇｎ（Ｂ１）＋４ｓｇｎ（Ｂ２）
对 Ｔ１、 还需要再对其作饱和判断。如 Ｔ２ 赋值之后， 果 Ｔ１＋Ｔ２≤ＴＳ，则上述的赋值不变，否则需要按公式 （１．６ ） 予以修正： Ｔ＇１＝ Ｔ１ＴＳ ；Ｔ＇２＝ Ｔ２ＴＳ Ｔ１＋Ｔ２ Ｔ１＋Ｔ２ （１．６） 图 1.4 逆变器仿真模型 1.3 电机仿真模型 在控制系统仿真的过程中，并未使用 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 自 带的电机模型， 而是根据电机的机理搭建的。 在建模过 程中，用到了永磁同步电机的电磁转矩方程、电流方 程、 机械运动方程和三相静止坐标系中的电流方程： ＴＡＢＣ－ｄｑ＝
姨３
２
ｃｏｓθ ｃｏｓ（θ－ ２ π） ｃｏｓ（θ＋ ２ π） ３ ３ （１．９ ） －ｓｉｎθ ｓｉｎ（θ＋ π ） ｓｉｎ（θ－ π ） ３ ３
姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨
图 1.2 扇区矢量作用计算模型 １．１．３ 三相 ＰＷＭ 信号的产生 根据上述理论，在 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 中搭建 ＳＶＰＷＭ 的仿 真模型如图 １．３ 所示：
（１．１０ Ｔｅ＝ ３ Ｐｍφｆｉｑ ） ２ Ｌｓ ｄｉａ ＝ｕａ－Ｒｓｉａ＋ωφｆｓｉｎθ ｄｔ Ｌｓ ｄｉｂ ＝ｕｂ－Ｒｓｉｂ＋ωφｆｓｉｎθ ） （１．１１ ｄｔ Ｌｓ ｄｉｃ ＝ｕｃ－Ｒｓｉｃ＋ωφｆｓｉｎθ ｄｔ （１．１２ ） Ｊ ｄωｒ ＝Ｔｅ－ＴＬ－Ｂωｒ＝ ３ Ｐｍφｆｉｑ－ＴＬ ｄｔ ２ 在 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 中，根据上述公式搭建的电机仿真模 型如图 １．５ 所示。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 1.4 电机控制系统整体模型 根据前三节的介绍， 将各个模块连接起来， 加上 ＰＩ 控制器、 坐标变换方程和输入信号， 得到了永磁同步电 机控制系统完整的仿真模型， 如图 １．６ 所示。 ２ 结论 本文在永磁同步电机控制系 统坐标变换理 论 、 ＳＶＰＷＭ 原理及矢量控制原理等基本理论的基础上， 通 过 Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 软件平台分别搭建 ＳＶＰＷＭ 仿真模 型、 永磁同步电机模型及逆变器仿真模型， 设定仿真时 间、 采样时间等参数， 对整体系统模型进行模拟仿真实 验。 仿真结果充分验证了所搭建模型， 对永磁同步电机 驱动系统开发有一定的指导意义。
［１］
刘红月 业 “元” 的参与而难以为继。 ２ 国内 “ 双元制 ” 本土化实践 的现状 尽管德国 “双元制” 是世界著名 的职业教育模式， 但由于法律制度、 文化等诸多差异，在中国照搬德国 “双元制” 人才培养模式是行不通 的。必须将 “双元制” 教育模式的精 髓与中国的国情、区域经济的特点 结合起来， 走本土化实践的道路。 苏州健雄职业技术学院 ， 位处 “中国德企之乡” 的太仓， 有 １０００ 多 家德国企业在这里集聚， 为太仓职 业教育的发展提供了广阔的人才 市场需求。以机械加工为主的德资 产业为例， 职业教育中技能型人才 培养占其用工的 ９０％以上， 这就为
姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨
Ｔ２ 以及功率开 根据相邻电压矢量的作用时间 Ｔ１、 同时考虑所在扇区的不同， 开关作 关器件的切换规律， 用时间可以通过以下 ３ 个值来计算： Ｔａ＝ Ｔｓ－Ｔ１－Ｔ２ ；Ｔｂ＝Ｔａ＋ Ｔ１ ；Ｔｃ＝Ｔｂ＋ Ｔ２ ４ ２ ２ 扇区矢量作用计算模型如图 １．２ 所示： （１．７）
参考文献： [1]汽车工程手册 （设计篇 ） [M].北京： 人民交通出版社,2001. [2]安群涛,李波,王有琨.采用 SVPWM 的永磁同步电动机系 统建模与仿真[J]. 微电机, 2006,39(9):38~41. [3]王建宽,崔巍,江建中.SVPWM 技术的理论分析及仿真 [J]. 微特电机,2006,6(15):1.
姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨
1.2 逆变器仿真模型 在上一小节中已经得到了控制 ＩＧＢＴ 器件动作所 需的 ＰＷＭ 波， 见下式 ＵＡ ＵＣ ＵＢ ＝ Ｏ Ｏ
姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨
ＲＡ Ｏ Ｏ
Ｔ２ 对于不同的扇区， 相邻电压矢量的作用时间 Ｔ１、 Ｙ、 Ｚ 的对应关系如表 １ 所示。 与 Ｘ、 表 1 相邻电压矢量的作用时间
交 流
河北 农 机ＨＥＢＥＩＮＯＮＧＪＩ
摘 要： 本文概述了永磁同步电机控制系统的结构和工作原理。 在分析永磁同步电机驱动系统各组成部分数学模型 的基础上， 构建了基于 Simulink 的永磁同步电机驱动系统仿真模型， 仿真结果表明： 所搭建的永磁同步电机驱动系统仿 真模型完全符合要求， 可满足电机控制器的进一步研究。 关键词： 永磁同步电机； 建模； 仿真
基于 ｓｉｍ ｕ ｌｉｎ ｋ 的永磁同步电机 Nhomakorabea动系统仿真
１、 山西中北大学机械与动力工程学院 引言 当今世界的能源瓶颈和环境污染使得新能源汽 车产业受到了巨大挑战 。电动汽车有噪声小 、 排放少 及能耗低的优势，使其在未来市场所占份额以及发 展前景十分广阔 。 电机及其控制性能是影响电动汽 车动力性和经济性的关键因素，所以研发高性能的 电机控制器对电动汽车具有重要意义 。 本文主要对 永 磁 同 步 电 机 驱 动 系 统 进 行 研 究 ， 借 助 Ｍａｔ－ ｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 平台对永磁同步电机矢量控制系统中的 各部分进行建模仿真， 其中包括电机仿真模型 、 ＳＶＰ－ ＷＭ 仿真模型等 。 １ 永磁同步电机控制系统的仿真模型 本文在坐标变换理论 、永磁同步电机模型 、 ＳＶＰ－ ＷＭ 原 理 和 矢 量 控 制 原 理 等 基 础 上 ， 通 过 Ｍａｔ－ ｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 软件平台建立由 ＳＶＰＷＭ 逆变器供电的永 磁同步电机变频调速系统的仿真模型，本文采用 ｉｄ＝０ 的矢量控制方法控制永磁同步电机。 1.1SVPWM 仿真模型 通过以下四个步骤建立 ＳＶＰＷＭ 逆变器的仿真模 型： （１ ） 根据输入的两相电压值确定所要合成的电压矢 量的扇区号； （２ ） 计算出相邻基本矢量与零矢量合成电 压矢量所需的作用时间； （３ ） 排列出矢量合成的最佳序 列； （４ ） 比较作用的时间和载波， 合成三相 ＰＷＭ 调制 信号。 １．１．１ 扇区号的确定 矢量空间被均等的划分成 ６ 个区域，每个部分称 为一个扇区， 每个扇区都对应一个编号。所以， 为了确 定合成矢量 Ｖｒｅｆ 是由哪些基本电压空间矢量合成的， 首 先要知道它位于哪个扇区里面。 为了得到所需的 ＰＷＭ 波形， 首先要有两路输入信 号 ｕα 和 ｕβ。由于两路电压信号是正交的， 故可以通过 ｕα、 利 ｕβ 的数学关系计算出合成矢量 Ｖｒｅｆ 所处的扇区， Ｂ１、 Ｂ２： 用公式 （１．１ ） 计算 Ｂ０、 50
根据以上分析， 同样可以得到其它扇区基本矢量 的作用时间， 再此定义 Ｘ、 Ｙ、 Ｚ：
河北 ＨＥＢＥＩＮＯＮＧＪＩ 农 机
姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨
交
流
Ｘ＝ 姨 ３ ｕβＴｓ Ｕｄｃ Ｙ＝ （ 姨 ３ ｕβ＋３ｕα）Ｔｓ ２Ｕｄｃ Ｚ＝ （ 姨 ３ ｕβ＋３ｕα）Ｔｓ ２Ｕｄｃ （１．５）
图 1.6 永磁同步电机控制系统仿真模型 52
2014 年第 12 期
姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨
φＡ
姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨
姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨
ｉＡ
姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨
姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨
φＡ
姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨
（１．８ ） 调节功率开关器件的动作即可得到使永磁同步电 机运行的三相电压。在 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 中构建逆变器的仿真 模型， 如图 １．４ 所示：
姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨 姨
图 1.3 SVPWM 的仿真模型
图 1.5 永磁同步电机的仿真
2014 年第 12 期
51
交 流
河北 农 机ＨＥＢＥＩＮＯＮＧＪＩ
摘 要： 本文总结了国内各高职实施双元制本土化的成绩以及存在的问题， 分析了双元制实践成果与我国 职业教育目标、 当前企业发展需求存在的差距， 并且针对我国校企合作开展双元制本土化实践存在的问题提出 了解决的理论办法和实践案例。 关键词： 双元制本土化； 途径； 实践研究
闫伟
） （１．１
（１．２ ）
公式中， ｓｇｎ（ｘ）为符号函数。如果 ｘ＜０， ｓｇｎ（ｘ）＝０； 如 果 ｘ＞０， ｓｇｎ（ｘ）＝１。 根据公式 （１．１ ） 、 （１．２ ） 建立 Ｍａｔｌａｂ 模型来确定扇区 号， 如图 １．１ 所示。
图 1.1 扇区号确定仿真模型 １．１．２ 计算各扇区矢量的作用时间 首先以 Ｖｒｅｆ 在 Ｎ＝３ 的扇区时进行分析； Ｔ＝２ Ｕ 姨 姨 Ｔ ＝Ｖ 姨 姨 姨 姨 ３ ｓｉｎθ ｕ ｕα
职业教育发展的经验， 不断推进我 国高等职业教育的健康 、 协调 、 可 持续发展， 探索出一条具有中国特 色的职教新路是高职院校当前的 首要任务。 自 ２０ 世纪 ８０ 年代起， 我国就 开始学习借鉴国外的职业教育模 式 ， 比如英国的 “三明治课程 ” 制、 美国的 “社区学院 ” 职教模式 、 新加 坡的 “ 教学工厂制 ” 、 德国的 “ 双元 制” 等。其中德国 “双元制 ” 教育模 式被照搬到我国， 首先在我国的华 东 、 华北等工业发达地区加以推 广， 随后又被列入国家 “ 八五 ” 课题 研究。实验研究中提出了区域自主 合作型 、 直接合作型 、 间接合作型 等三种合作形式， 但都因为缺少企