永磁同步电机矢量控制策略仿真研究

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1、第36页永磁同步电机矢量控制策略仿真研究摘要在现代化工业生产中，电机及其控制系统占有着举足轻重的地位。具有更高的运行精度，更大的调速范围，更短的调节时间的电机控制系统的开发是现代化工业控制领域的热门研究方向。而永磁同步电机因其自身优良的特性，逐渐成为了工业控制中电机伺服系统中的主流电机，因此研究能够适应现代化工业控制要求的永磁同步电机的控制系统有着越来越重要的意义。本文研究永磁同步电机矢量控制系统。在深入学习永磁同步电机数学模型和矢量控制原理的基础上，仿真方面分析了永磁同步电机矢量控制策略的实现，建立了一个电流、速度双闭环的控制系统MATLAB仿真模型，通过仿真验证了此方案具有实际的可行性，并

2、取得了较好的仿真控制效果。关键词:永磁同步电机;矢量控制系统;SVPWM;DSP第36页录1绪论11.1电气伺服系统发展现状和动向11.2交流电动机分类与特点11.3永磁同步电机调速系统简介21.3.1本课题国内外研究现状21.3.2永磁同步电机调速系统的控制方式31.3.3从转子结构角度划分正弦波永磁同步电机31.4本章小结32永磁同步电动机矢量控制方案设计42.1永磁同步电动机的简介42.2永磁同步电动机的数学模型42.3永磁同步电动机电流控制策略62.4id=0控制策略下伺服系统工作原理72.5本章小结83永磁同步电机矢量控制理论分析93.1矢量控制理论的提出93.2矢量控制中的坐标变换

3、93.2.1三相定子坐标系与两相定子坐标系之间的变换103.2.2垂直坐标系与定向坐标系之间的变换113.2.3空间矢量PWM的硬件工作原理133.2.4空间矢量PWM的边界条件133.2.5空间矢量PWM波形133.2.6空间矢量PWM的实现143.3本章小结194永磁同步电机矢量控制的仿真研究204.1永磁同步电机矢量控制仿真204.2MATLAB仿真永磁同步电机矢量控制系统设计204.2.1MATLAB软件简介204.2.2MATLAB软件窗口环境224.2.3MATLAB语言编程224.3永磁同步电机矢量控制仿真244.3.1永磁同步电机仿真模型的建立244.3.2空间矢量PWM（SV

4、PWM）发生模块的建立244.3.3SPMSM矢量变换控制系统框图284.3.4永磁同步电机矢量控制调速系统的控制过程284.4永磁同步电机矢量控制系统闭环控制方法的选择294.5闭环控制系统仿真304.5.1电流PI控制模块304.5.2速度PI调节模块314.5.3坐标变换模块324.6仿真结果324.7本章小结335总结和展望34第36页1绪论1.1电气伺服系统发展现状和动向自从上个世纪60年代，电气伺服系统取代了大部分的电液伺服传动系统成为伺服系统的主要形式。按驱动装置的执行电动机类型来分,通常分为直流(DC)伺服系统和交流(AC)伺服系统。直流伺服系统发展早,70年代已经实用化,在各

5、类机电一体化产品中大量使用各种结构的DC伺服电动机。直流伺服系统控制简单,灵活实现正反转,调速范围宽,稳定性高,响应速度快，无超调,定位精度和跟踪精度高。但是直流伺服系统也有难以克服的缺点;直流电动机转子绕组的发热大，影响与其相连接的丝杠精度;采用机械换向会产生电火花,直流伺服系统难以工作在易燃、易爆的工作场合;高速运行和大容量设计受到机械换相器的限制;电刷和换向器易磨损,日常维护工作量大;结构复杂，制造困难,成本高等。机械换向器的存在是造成以上问题的主要原因。交流电机没有机械换向器，克服了直流电机的缺点。进入20世纪80年代后,功率电子器件和微电子技术水平得到迅速提高,基于先进控制理论、电力

6、电子器件和微处理器的发展,交流伺服控制技术日趋成熟。交流伺服系统以其体积小,转动惯量最小,耐高速,可频繁起制动,过载能力强,瞬时输出转矩大,对环境适应性强,运行可靠性高，无需维护等特点而广泛适用于CNC和工业机器人等工业领域。到了90年代,交流伺服系统己经在许多场合取代了直流伺服系统，某些性能甚至超过了直流伺服系统，从而出现了取代直流伺服系统成为电气伺服系统主体的趋势。目前国内外交流伺服系统研究正向着数字化、智能化、网络化、绿色化的方向发展：高性能和全数字化伺服系统是当代交流伺服系统发展的趋势，这种系统被广泛应用在高精度数控机床、机器人、特种加工装备和精细进给系统中。由于微电子技术的发展,微处

7、理器的运算速度不断提高,功能不断增强，特别在电机控制专用DSP芯片出现后，全数字伺服系统在实现电流控制、速度控制和位置控制全部数字化的同时,极大的增强了伺服系统设计和使用的灵活性。伺服系统智能化一方面体现在系统具有很强的状态自诊断、故障保护和信息显示功能；另一方面,在控制策略上除常规PID控制外,开始转向应用现代控制理论和智能控制,各种高性能的智能控制器可实现伺服系统参数自检测和控制器参数在线自整