永磁同步机变频调速系统MATLAB建模与仿真.pdf

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1、第12卷第2期2014年6月动力学与控制学报V01．12No．21672~553／2014／12(21／183-5JOURNALOFDYNAMICSANDCONTROLJun2014永磁同步机变频调速系统MATLAB建模与仿真木张程’金涛(1．福州大学电气工程与自动化学院，福州350108)(2．福建工程学院信息科学与工程学院，福州350118)摘要永磁同步电机由于谐波少、转矩的精度高，常用于伺服系统和高性能的调速系统．为研究需要，对其物理模型进行简化，建立了电机的数学模型及其基本方程．本文采用使直轴电流id=0方法进行研究

2、，得到了基于转子磁场定向矢量控制下的电机电磁转矩方程．在Matlab／Simulink搭建整个系统仿真模型、转速和电流控制模块，并对系统进行仿真．仿真结果表明所得波形符合理论分析，系统响应快、超调量小，系统运行稳定，具有良好的动、静态特性．该方法采用易扩展的模块化设计，可在线修改和观察所有参数以及参数变化对系统控制效果的影响，从而能方便地验证各种控制策略，并据此选出高效的快速设计方案，缩短了研制周期，对系统设计和调试起到了很大的作用．关键词MATLAB，永磁同步电机，仿真DOI：10．6052／1672-6553．2014-

3、025定子磁链方程：引言=Lji~+(2)永磁同步电机(PMSM)具有体积小、重量轻、能量【g=Lqi。转换效率高、运行可靠性高及调速范围广等优点，已电磁转矩方程：经逐步取代直流伺服电动机而用于高性能的交流伺一1．5n[盼一(一Ld)iai]=0(3)服系统中¨j．因此建立永磁同步电机控制系统的仿机械运动方程：真模型对验证各种控制算法，优化整个控制系统具有=Tl+Bw+t，(4)十分重要的意义．这里在分析PMSM数学模型的基础上，借助Matlab／Simulink强大的仿真建模能力，在其中u、“。为定子电压由轴分量；i、i为

4、定Simulink中建立PMSM控制系统的仿真模型，通过对子电流由轴分量；沙、沙为定子磁链d轴分量；实例电机的仿真，给出了各种仿真波形，为PMSM控、L。为定子绕组dq轴电感；R为绕组电阻；为制系统的设计和调试提供了有效的途径．转子永磁体产生的磁链；Te为电机电磁转矩；Tt为负载转矩；J为电机转动惯量；p为电机转子极对1PMSM的数学模型数；o9为机械转子角速度，B为阻尼系数．永磁同步电机在忽略铁心饱和和电机绕组漏2变频调速系统方案设计感，并且假设气隙中磁势呈正弦分布，同时又忽略磁场高次谐波的情况下，运用坐标变换理论，可以系

5、统使用转速一电流双闭环控制方案，考得到在同步旋转d—q坐标系下的数学模型通常由虑到PMSM进行变频调速时的强耦合、时变、非线电压方程、定子磁链方程、电磁转矩方程、机械运动性等特点，在内环对永磁同步电机进行空间矢量脉方程组成，具体为：宽调制(SVPWM)控制，为了增强系统的鲁棒性及电压方程：抗干扰能力，在外环采用速度P，调节器．系统原理ll,d=R,id+pC,d一r(11框图如图1所示，系统主要由坐标变换、SVPWM、【“q=Riq+pq一，d三相逆变电路、P，调节器等模块组成．2012~9．25收到第1稿，2013~7—2

6、3收到修改稿．国家自然科学基金资助项目(50907011)、福建省杰出青年科学基金(2O12J06012)、福建省高校杰出青年人才培育基金(JAl108)t通讯作者E-mail：aaa7997@sina．corn动力学与控制学报2014年第12卷速)时，由示波器观测各参数波形图，转速响应曲线较平稳，实际转速能快速跟踪参考转速，但超调较如图6所示，d轴、q轴电流响应曲线如图8所示，大，电磁转矩能跟踪负载转矩，稳态时d轴电流略转矩响应曲线如图1O所示．有波动，但基本平稳；在2000r／rain的参考转速下，系统响应较快，转速跟踪

7、几乎无超调，电磁转矩能够跟踪负载转矩，稳态时转矩和电流略有波动．000_I

8、所示．图8dq轴电流响应曲线(200r／min)图11转矩响应曲线(2000r／min)Fig．8Responsecurveofdqcoordinate(200r／min)Fig．11SpeedResponsecurveoftorque(2000r／rain)5结论在分析永磁同步电机数学模