永磁同步电机控制系统的建模与仿真分析文献综述

《永磁同步电机控制系统的建模与仿真分析文献综述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、文献综述永磁同步电机控制系统的建模与仿真分析摘要：随着永磁同步电机（PMSM）在诸多领域的广泛应用，对PMSM的研究也逐渐成为一种趋势，具有实际的意义和影响。在建立了永磁同步电机数学模型的基础之上,仿真模型中包含了建立三相电流源型逆变器模块、DQ向ABC转换模块等,并改进了电流滞环控制模块。同步电机的调速系统具有功率因数高、转子参数可测、效率高、定转子气隙大、控制性能好等方面优势，越来越受国内外专家学者的广泛重视。关键词:永磁同步电机;数学模型;模块;建模仿真；1前言部分交流伺服电机能够被有效地应用在许多

2、位置控制的系统中。现代的交流伺服系统是一种复杂的非线性时变系统。能够对交流伺服系统进行建模与仿真将会对其更深层次的研究产生巨大的影响。为了满足高性能的传动需要,必须对位置进行精确控制。在设计伺服系统中,使用MATLAB/SIMULINK对其方案进行验证和仿真,将大大地缩短开发周期[1]。模型是仿真的基础。仿真模型所要描述的是客观世界中的客观事物的特性,主要包括自然环境、客体/系统、人以及他们之间的交互作用。自然环境包括地形地貌、海洋、大气、气象、电磁干扰、声的传播等。自然环境的建模和虚拟环境的建立是相当复

3、杂的。对于半实物仿真,将建立为各种系统的传感器所需要的测量和探测仿真环境。对于人在回路仿真,将建立为操作、驾驶工作人员所需要的视觉、听觉、触觉、力反馈、动感等仿真虚拟环境[2]。目前,永磁同步电机建模和仿真大多集中在控制系统。对于PMSM本体的仿真,虽然可以从SIMULINK中直接调用PMSM模块。但是,不同的永磁同步电机,转子磁极对数、定子绕组相数等均有差异。尤其是多相永磁同步电机(譬如5相)推进系统的仿真和开发还处于起步阶段,在SIMULINK库中也找不到现成的仿真模块。好在S2函数提供了扩展仿真模块

4、的功能,往往S2函数模块是整个仿真系统的核心。因此,根据不同PMSM数学模型,建立S2函数仿真模块,对于永磁同步电机的设计具有重要意义。近年来,我国开展了分布交互仿真、虚拟现实等先进仿真技术的研究。分布交互仿真起源于联网仿真,它是一种具有时空一致性的综合环境,应着重解决以下关键技术:体系结构、网络通、时间管理与数据管理、时空一致性等。分布交互仿真系统通过局域网/广域网将各种仿真器、仿真设备、人在回路仿真系统、计算机生成系统等联接为一个整体,进行复杂系统的仿真,用于人员训练和工程设计[3]。1.永磁同步电机

5、模块分析永磁同步电机模块可工作于电动机方式或发电机方式，运行方式由电机电磁转矩符号决定(为正则是电动机状态,为负则是发电机状态)关于电机的机械与电气部分的变量,我们可以用二阶状态空间模型来表示，为了简化模型,可以假定转子永磁磁极在定子上产生的感应磁通是正弦分布的，并且由于通常永磁同步电机的气隙较大,可以近似地忽略定转子铁心的磁饱和?因此,基于转子参考框架(即d,q坐标系)的永磁同步电机的数学模型可以表述为下列方程[4]:式中:,分别为q轴、d轴的电感系数;R为定子绕组电阻;,分别为q轴、d轴的定子电流;,

6、分别为q轴、d轴的定子电压;为转子角速度;为转子永磁磁极与定子绕组匝连的磁链的幅值;p为电机极对数;为电磁转矩[4]。直线电机是1种将电能直接转换成直线运动机械能而不需任何中间转换机构的传动装置。采用直线电机驱动的装置具有结构简单、效率高、损耗小、噪声小、成本低、容易控制等优点。直接转矩控制(DirectTorqueControl,缩写为DTC)利用空间矢量分析方法,直接在定子坐标系下计算和控制交流电动机的转矩,采用定子磁场定向,借助于离散的两点式Bang2Bang控制产生PWM信号,直接对逆变器的开关状

7、态进行最佳控制,以获得高动态性能的转矩响应。目前,DTC在异步电机中的应用已经相当成熟,DTC应用于永磁同步电机控制中,也取得了令人满意的效果。PMLSM直接推力控制(DTFC),但只是提出了相关理论,给出了实验结果,并没有提及控制系统模型的具体构建、分析和调试[13]。具有梯形波反电势的无刷直流机(BLDCM)和具有正弦波反电势的永磁同步机(PMSM)均为采用永磁转子的交流电动机，具有体积小、效率高、结构简单、易于控制、性能优良等优点，广泛应用于军事装备、计算机外围设备、办公机械、仪器仪表、数控机床、汽

8、车电器、家用电器等领域。在电机控制系统的研究与设计中，为缩短产品的开发周期，降低研制成本，通常在研发前期采用仿真的手段进行模型和算法的验证。对于永磁交流电机的仿真模型，国内外有许多相关报道[14]。在研究同步电机特性问题时,一般文献都没考虑同步电机的电枢电阻。同步电机是电力系统中最重要的部件之一,由多个具有电磁耦合关系的绕组构成。研究同步电机有功功率、无功功率和电磁转矩特性有着至关重要的意义,对电机的稳定运行起着重要的作用。而