永磁同步电机矢量控制系统设计分析.pdf

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1、InternalCombustionEngine&Parts·39·永磁同步电机矢量控制系统设计分析张健（江苏安全技术职业学院，徐州221011）摘要:永磁同步电机（PMSM）控制系统的核心控制途径为矢量控制，本课题对永磁同步电机矢量控制原理、数学模型进行了研究，并借助运用MATLAB／Simulink，针对永磁同步电机矢量控制系统开展仿真模型研究，运用仿真实验分析法探究永磁同步电机矢量控制系统，对实验及仿真结果进行对照研究，证实该控制算法比较科学，且仿真模型相对有效，为调试、设计控制系统奠定了坚实的基础。关键词:永磁同步电机；矢量

2、控制系统；仿真模型0引言转矩系数大、功率密度大及结构单一是永磁同步电机最显著的特点，在稳定性较强、精度较高的领域有着普遍应用。同步进电机、直流电机相比，永磁同步电机具有明显的优势，在伺服系统中占据着主导地位。在原直流电机中，由于电刷、机械转向器会影响适用、可靠性能，而在基于相同体积下，永磁同步电机的直流电机要低于交流电机的输出功率，约为10％到60％。结合国内的国情来看，我国作为主要的稀土生产国家，稀土资源种类丰富且总量较多，借此优势可以对不同类型的永磁电机进行设计，大规模的运用稀土永磁电机，图1永磁同步电机数学模型推动社会经济的进

3、步。要想在实践中大规模的运用永磁同步电机，必须要确保其控制系统具有良好的可靠性和稳定性。本研究联合运用两种不同的控制方式，包括：转速和电流双闭环控制法、转子磁场定向矢量控制法（励磁电流id为零），借助MATLAB／Simulink仿真实验，体现出这种控制法的动态性能较强，且具有较强的合理性。1永磁同步电机的数学模型本研究基于理想假设情况对永磁同步电机数学模型进行构建，所以同实际存在一定差异，详见图1。具体假定图2ABC坐标系图3dq0坐标系条件为：①不存在铁芯损耗的状况；②不存在涡流、磁滞及磁路饱和等干扰因素，永磁同步电机具有线性特

4、点；③永磁同步电机内三项绕组彼此相差角度为120°，呈对称性，（2）且不存在边缘效应。④忽略高次谐波，排除齿槽效应的影响，将定子电流所形成的磁动势视作呈正弦分布。基于上述假定条件，能够构建出理想化的永磁同步机数学模型。以下内容主要针对数学模型进行坐标系分析。（3）2永磁同步电机三相坐标系(ABC坐标系)下数学模型2.1PMSM定子电压和磁链方程（1）（4）其中us表示定子电压，Rs代表定子Ψs电阻，Is代表定其中定子的三相电压分别用ua、ub、uc表示，定子a、b、子电流，Ψs代表定子磁链，Ls代表定子电感，Ψr代表转子磁c中的各相

5、之间的磁链用Ψa、Ψb、Ψc表示，ia、ib、ic是定子a、链，具体如图2、图3所示。b、c中的各相电流，LAA、LBB、LCC分别表示三相自感系数，p电压和磁链方程的矩阵形式：表示微分算子，Ψf表示转子磁链，θ表示转子位置较角。————————————2.2永磁同步电机两项坐标系下的数学模型作者简介:张健（1985-），男，江苏盐城人，本科，讲师，研究方向为机械设计制造及其自动化。基于磁场等效理论，针对定子a、b和c三相对称绕·40·内燃机与配件组，替代为两相彼此正交、结构和匝数均一致的绕组，这个Simulink基础上的永磁同步电

6、机系统模型能够借助Sim过程即为Clark变换。在此基础上开展Park变换，即d-qpowersystems内的多个模块库，在开展永磁同步电机数学坐标系（两相旋转坐标系）、α-p坐标系（两相静止坐标系）模型分析工作后，对构建控制系统仿真模型的方式进行明二者的转换，确定d轴是永磁同步电机转子永磁体磁场方确。开展实践设计工作的过程中，尽管Simulink是形成位，而a轴是对于d轴，电机正转方向超前90的方位，结Simpowersystems模块前提，而二者间很大一部分的模块合转子磁场方位能够对同步坐标系进行构建。无法直接性的连接起来，应

7、借助Simpowersystems下的两永磁同步电机针对d-q坐标系下的模型表示如下：种中间接口模块，才能够有效传输二者间的信号。这两种①电压模型中间接口模块分别为电压、电流测量模块和受控电压源、受控电流源模块，其中前者能够针对Simpowersystems电（5）流及电压信号进行转化，确保形成的信号能够被Simulink接受；而后者承担着Simpowersystems电路信号、Simulink②磁链方程信号有效转换的功能。上述两种模块将Simpower（6）systems、Simulink连接了起来。③转矩方程电路检测模块、脉冲产

8、生模块模块、电机本体、矢量变换模块、主电路和速度控制模块共同组成了永磁同步电机（7）矢量控制系统，其中逆变电源、二极管不控整流电路、三相式中Ψd、Ψq代表定子磁链的d、q轴分量；Ud、Uq代表交流电源均属于主电路。该控制系统的关键在于