永磁同步电机矢量控制与其仿真研究

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1、<电气开关>(2011．No．4)5l文章编号：1004—289Xl2011)04—0051—03永磁同步电机矢量控制及其仿真研究蒋家强，曹建福(西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，陕西西安710049)摘要：通过对永磁同步电机数学模型和矢量控制原理的研究，采用MB／SIMuUNK搭建了永磁同步电机矢量控制仿真模型，并对模型进行了仿真研究，仿真结果验证了模型和理论分析的正确性。关键词：永磁同步电机；矢量控制；Matlab中图分类号：TM921．51文献标识码：BPermanentMagnetSynchronousMotorVecto

2、rControlandSimulationJIANGJia—qiang，CAOJian-fu(StateKeyLaboratoryforMechanicalManufacturingSystemEngineering，XianJiaotongUniversity，Xian710049，China)Abstract：Bystudyingpermanentmagnetsynchronousmotormathematicalmodelandvectorcontrolprinciple，thepaperUSeSMATLAB／SIMULINKtobu

3、ildapermanentmagnetsynchronousmotorvectorcontrolmodelandsimulatesthemod·e1．Thesimulationresultsverifythevalidityofthemodelandtheoryanalysis．Keywords：PMSM；vectorcontrol；Maflab常用的方法是dq0轴数学模型，它不仅可用于分析正l引言弦波永磁同步电机的伟台运行性能，还能分析电机的三相永磁同步电机(PermanentMagnetSynchro—瞬态性能。nousMotor，简称

4、PMSM)采用高性能永磁材料提供转为建立正弦波永磁同步电机的dqO系数学模型，子励磁磁场，永磁体相当于具有恒定电流的直流励磁假设J：线圈，代替掉了易出故障的线圈转子和电刷，克服了交(1)忽略电机铁心饱和。流同步伺服电机的弱点，同时它具有体积小、重量轻、(2)忽略电机绕组漏感。低惯性、效率高、转子无发热等优点。因此，它在现代(3)转子上没有阻尼绕组。运动控制系统设计得到广泛应用¨】。(4)永磁材料的电导率为零。近几年来，国内外学者将空间矢量PWM应用于(5)不计涡流和磁滞损耗，认为磁路是线性的。永磁同步电机控制中，并取得了一定的成就。同时，永

5、(6)定子相绕组的感应电动势波为正弦型的，定磁同步电机交流变频调速系统发展也很快，已成为调子绕组的电流在气隙中只产生正弦分布的磁势，忽略速系统的主要研究和发展对象。随着对PMSM控制磁场的高次谐波。技术要求的提高，空间矢量PWM控制系统成为首选2．1坐标变换方案J。本文在对永磁同步电机数学模型和矢量控矢量控制中所用的坐标系有静止坐标系和旋转坐制原理的研究基础上，搭建了永磁同步电机矢量控制标系。静止坐标系有：三相定子坐标系(abc)、两相定模型并对其进行了仿真研究。子坐标系(0；8)；旋转坐标系为转子坐标系(由)。由永磁同步电机的性能，最常用

6、的控制方法是用由数学模2永磁同步电机的坐标变换和数学模型型，因此必须把三相定子坐标系(abc)转换成转子坐标分析正弦波电流供电的调速永磁同步电机时，最系(dq)，即进行矢量变换。常用的有三相一两相变换52<电气开关)(2011．No．4)．r。●●●．1』●●●一，2．●I●IJ●1●．。●●一2L换变，k=(Clarke变换)和两相一两相旋转变换(Park变换)。电流的dq分m；Ld、L为dq轴定子线圈的自感；。为Clarke变换(abe一)为：电枢绕厂咖组C电阻-姗一一；。为转子电角速度；为转子磁链；p。为微分算子；n为电机极对数；为电

7、磁转矩；为。负载转矩；是阻尼系数；是转子机械角速度；．，是转由动惯量。睦】=。莉。=13矢量控制的基本原理永磁同步电机矢量控制原理框图如图1所示，其控制的卫(主∞-0要思S想一是：(2)．皿1●●●●0jICOSOs一ci⋯nO]i．】㈣则三相一两相旋转变换(abe一由)为：图1永磁同步电机矢量控制原理框图一cos(+詈)(1)根据位置速度传感器返回的速度信息，计算所需速度和实际速度f．的偏差作为速度PI控制sin(O+丁11")器的输人，它的输出就是所需的电流分量。(2)将采样获得的相电流fib、i经过3s／2r变换转换为dq坐标系中的实

8、际电流ii，然后与所需的电流分量、进行比较，将偏差输入到电流PI控制器，从而由电流PI控制器输出所需的电压分量u、Ⅱ：。洲r二cosO一sinO(3)把电流PI控制器输出的电压分