基于Simulink永磁同步电机伺服系统矢量控制-论文.pdf

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1、第24卷第3期湖南工程学院学报Vo1．24．No．32014年9月JournalofHunanInstituteofEngineeringSept．2014基于Simulink永磁同步电机伺服系统矢量控制蔡斌军(湖南工程学院电气信息学院，湘潭411101)摘要：永磁同步电机(PMSM)伺服系统的速度环和电流环具有非线性耦合特性，需要进行电流解耦控制．因此，根据矢量控制的原理实现了该系统的线性解耦．通过对永磁同步电机数学模型分析，建立基于Simulink伺服系统矢量控制仿真模型．仿真结果表明，建立的系统耦合模型具有良好速度控制特性，并对永磁同步伺服耦合系统设计具有指导价值．

2、关键词：矢量控制；同步电机；伺服系统；仿真中图分类号：O43文献标识码：A文章编号：1671一l19X(2014)03—0018—040引言E卜『篓Rs随着高性能永磁材料的发展，永磁同步电机(PMSM)因体积小、效率高、功率因数高、转动惯量，lsin(0,)2u／3)小等优点，在各个领域得到了广泛的应用[1]．同时永∞，lsin(一47／3)]I磁同步伺服系统是一个非线性、强耦合、时变的复杂在三相绕组中有，系统，因此需要通过合理的数学变换，建立其解耦的iA+iB+ic一0(2)状态方程．采用Clarke变换和PARK变换，将三相固定1971年德国学者Blaschke等[2

3、。]提出了矢量控坐标系转‰换‰为两相旋转坐标系，得到的解耦后的状制(VC)理论，使交流电机转矩和磁通的控制实现解态方程为：耦．目前永磁同步电机伺服系统中多采用空间矢量P．o~r-]id控制(SVC)技术[4]，不仅可以提高逆变器的电压输三：r：]==一R,／LzLliqJlP，R／LALi口]JI—十十一Ll。p。，，r／LJl—十十。一出能力，且恒定的开关频率适合数字化控制．本文基于矢量控制技术，建立了PMSM伺服系统的仿真模[／。L／OLJiFU~](3)型，并进行了仿真验证．转矩方程为：一1．5p(4)1永磁同步电机的数学模型运动方程为：一三一旦一㈣为简化分析，作如

4、下假设：(1)忽略铁心饱和效d￡．厂．厂J应；(2)气隙磁场呈正弦分布；(3)不计涡流和磁滞损式中，id、i-dq轴电流；“、U一dq轴电压；R耗．永磁同步电机在三相静止坐标系U—V—W下一定子电阻；L-等效轴电感；P一极对数；r一转的电压方程为：子磁势；一转子机械角速度；．，一折算到电机轴上的总转动惯量；B一粘滞摩擦系数；TL一折算到电收稿日期：2014—03—26基金项目：湖南省教育厅优秀青年项目(13B014)．作者简介：蔡斌军(1976一)，男，博士，副教授，研究方向：电力电子技术、交流电机协调控制第3期蔡斌军：基于Simulink永磁同步电机伺服系统矢量控制19

5、机轴上的总负载转矩；一电磁转矩．从式(4)可看出系统的电压电流是紧密耦合的．通过矢量控制方式实现交流电机的解耦控制，则式(4)可简化为：fdi／d一乱／L-Ria／L+p(￡，，i—1．5P，iq(6)【d叫，／dt=／J—TL／J—B，／J通过以上数学模型可知，永磁同步电机矢量控制原理图如图1所示．图1PMSM伺服系统矢量控制原理图2PMSM伺服系统矢量控制仿真模型2．2空间矢量扇区计算模块2控制系统建模各个扇区与、的关系如式10所示，其中：一、等效两相相电压；、“z、“。一扇区计算因在Matlab7．0环境下，构建出永磁同步电机伺子；N一扇区数．服系统矢量控制仿真模型

6、如图2所示．系统由坐标(Ul—H8变换、扇区计算、作用时间计算、基本电压矢量作用J一丢(一(10)时间、导通时间计算、PWM生成等子模块组成．2．1坐标变换模块l。一一(。+坐标变换分为：三相电流转换为两相的clarke得到各个扇区与N对应的关系，如图3所示．变换，式7所示；两相电流转换为励磁和转矩电流的park变换，式8所示；磁场和转矩电压转换为两相的park变换，式9所示．L一『-、／3／20](7)i口Jl2I_J[LJL一—COsSi0n0cos0]JrLi：]J(8)[L口-JLsin0cosm0儿]-J㈤图3扇区计算模块20湖南工程学院学报2014正2．3矢量

7、作用时间因子计算模块2．5导通时间计算模块两个相邻的电压空间矢量在一个PWM周期中计算方程如式(12)所示；仿真模型如图6所示．的作用时间，可以通过式11计算出来．其中：、UrCJⅥP0一1／4一两相相电压；T一开关周期；U一直流母线电压；CMP1一t。／4+t1／2(12)X、y、Z一导通时间因子．不同扇区的时间因子模型ICMP2===t。／4+t1／2+t2／2如图4所示．其中：t、t一等效的导通时间；t。一0矢量的导通时间；CMPO、CMP1、CMP2导通时间因子．I：厂l’＼L辞卦斗—回牛卜，I二——叫㈣l图4作用时间