基于matlab_simulink的永磁同步电机矢量控制new

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1、第31卷第3期苏州大学学报(工科版)Vol.31No．32011年6月JOURNALOFSOOCHOWUNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENCEEDITION)Jun．2011文章编号:1673－047X(2011)－03－0063－05基于MATLAB/Simulink的永磁同步电机矢量控制张成，王富东，李胜宁，杨丹明(苏州大学机电工程学院，江苏苏州215021)摘要:分析了永磁同步电机的数学模型，系统采用励磁电流id=0的转子磁场定向矢量控制方法，实现永磁同步电机的解耦控制。并在MATLAB/Simulink环境下构建了永磁同步电机(

2、PMSM)矢量控制仿真模型。其中位置调节器、速度调节器和电流调节器均采用常规PI控制算法，逆变器采用SPWM调制策略。仿真结果表明，该控制方法符合理论分析，具有良好的动态性能。关键词:永磁同步电机;矢量控制;MATLAB/Simulink仿真中图分类号:TM753文献标识码:A0引言近些年来，随着电力电子技术及微电子技术的快速发展，新型电机控制理论的不断涌现，稀土永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低，各种交流永磁同步电动机伺服系统成为交流伺服系统的主流。永磁同步电动机的快速发展，具有效率高、损耗低、体积小等一系列在能源节约和环境保护方面有着重要意义的优良

3、性能，因此，对它的研究具有显著的社会与经济效应。交流永磁同步电动机的转子以高能永磁体为主体，具有高功率密度、低损耗、快响应、低惯性等优点。且PMSM结构简单、制造成本低、转矩/惯量比高、气隙密度高、过载能力强，在矢量控制方法下，PMSM的线性转矩电流特性容易实现，所以由PMSM构成的交流伺服系统具有优异的控制性能。本文介绍了空间矢量脉宽调制原理并给出了坐标变换模块、SPWM模块以及整个PMSM闭环矢量仿真模型，给出了模型结构图和仿真结果。1永磁同步电机的数学模型数学模型是描述实际系统性能和各物理量之间关系的数学表达式。控制对象的数学模型应当能够准确反应被

4、控系统的静态和动态特性，其准确程度是控制系统动、静态性能好坏的关键。对于永磁同步电机这类强耦合的非线性系统，它的数学模型是分析电机性能，实现力矩和转速控制的理论基础。本文描述了永磁同［1－2］步电动机在三相静止坐标系(A-B-C)下的数学模型，对电机作如下假设:(1)忽略铁芯的饱和现象。(2)忽略电机绕组的漏感。(3)转子绕组无阻尼。(4)不计涡流和磁滞损耗。(5)忽略磁场的高次谐波，定子绕组的电流在气隙中只产生正弦分布的磁势。永磁同步电动机三相绕组在静止坐标系(A-B-C)下的电压模型为收稿日期:2010－10－18作者简介:张成(1984－)，男，硕

5、士研究生，主要研究方向为智能控制与应用。64苏州大学学报(工科版)第31卷éuAùéR00ùéiAùéLAMABMACùéiAùéψfAùêuú=ê0R0úêiú+pêMLMúêiú+pêψú(1)BBêBABBCúBfBêúêúêúêúêúêúëuCûë00RûëiCûëMCAMCBLCûëiCûëψfCû式(1)中，uA，uB，uC和iA，iB，iC分别为电机三相定子绕组中电压、电流值;ψfA，ψfB，ψfC为转子磁链在三相绕组中的分量;p为微分算子;R为电机单本绕组电阻;LA，LB，LC为电机三相定子绕组的相电感;MAB，MBA，MBC，MCB，M

6、AC，MCA为电机三相绕组的互感。电机定子三相绕组空间对称，在上述假设情况下，有以下等式成立:écos(θ)ùéψfAùê2πúêψú=ψêcos(θ－3)ú(2)êfBúfêúëψûê2πúfCêcos(θ+)úë3û式中，ψf为转子磁链。定子绕组产生的电磁转矩表达式为(eaia+ebib+ecic)Tem=(3)ωr式中，ωr为转子机械角速度;ea，eb，ec为电机三相反电动势。以下为电机运动方程:ωrωrTem=TL+B(p)+Jp(p)(4)nn式中，TL为负载转矩;B为粘滞系数;J为电机转动惯量;ωr/pn为机械角速度。2伺服电机采用的控制策略

7、分析［3］就交流永磁同步电机而言，矢量控制的本质是:把定子a、b、c静止坐标系中的电枢电流向量I(或磁势向量Fa和磁通向量Ψa)，通过坐标变换的方法，转换为以转子磁极为参考的d、q旋转坐标系中的两个分量id和iq。变换后的定子电枢电流的两个分量相对转子磁极磁场是静止不动的，它们之间没有相对运动。变换后的定子电枢电流的直轴分量id对转子磁极磁场起到增磁或去磁的作用;交轴分量iq和转子磁极磁场相互作用产生旋转电磁力矩。这时，实际上已经把原本静止坐标系中的交流永磁同步电机转变成了旋转坐标系中的“直流永磁电机”。只需根据系统对id和iq的大小需求，采用空间矢量脉

8、宽调制技术来调节定子电枢电流向量I的幅值和相位，就可以达到调控永磁同步电机力矩和