永磁同步电机矢量控制策略仿真研究

永磁同步电机矢量控制策略仿真研究

永磁同步电机矢量控制策略仿真研究

摘 要

在现代化工业生产中，电机及其控制系统占有着举足轻重的地位。具有更高的运行精度，更大的调速范围，更短的调节时间的电机控制系统的开发是现代化工业控制领域的热门研究方向。而永磁同步电机因其自身优良的特性，逐渐成为了工业控制中电机伺服系统中的主流电机，因此研究能够适应现代化工业控制要求的永磁同步电机的控制系统有着越来越重要的意义。

本文研究永磁同步电机矢量控制系统。在深入学习永磁同步电机数学模型和矢量控制原理的基础上，仿真方面分析了永磁同步电机矢量控制策略的实现，建立了一个电流、速度双闭环的控制系统MATLAB仿真模型，通过仿真验证了此方案具有实际的可行性，并取得了较好的仿真控制效果。

关键词:永磁同步电机;矢量控制系统;SVPWM;DSP

永磁同步电机矢量控制策略仿真研究

录

1 绪论 ............................................................................................................................................. 3

1.1电气伺服系统发展现状和动向 .......................................... 3

1.2交流电动机分类与特点 ................................................ 3

1.3 永磁同步电机调速系统简介 ............................................ 4

1.3.1 本课题国内外研究现状 .......................................... 4

1.3.2永磁同步电机调速系统的控制方式 ................................ 4

1.3.3从转子结构角度划分正弦波永磁同步电机 .......................... 5

1.4本章小结 ............................................................ 5

2 永磁同步电动机矢量控制方案设计 ......................................................................................... 6

2.1永磁同步电动机的简介 ................................................ 6

2.2永磁同步电动机的数学模型 ............................................ 6

2.3永磁同步电动机电流控制策略 .......................................... 8

2.4 id=0控制策略下伺服系统工作原理 ..................................... 9

2.5 本章小结 ........................................................... 10

3永磁同步电机矢量控制理论分析 ............................................................................................ 10

3.1 矢量控制理论的提出 ................................................ 10

3.2 矢量控制中的坐标变换 .............................................. 11

3.2.1三相定子A B C坐标系与两相定子 坐标系之间的变换 ........... 12

3.2.2 d q垂直坐标系与M T定向坐标系之间的变换 ..................... 13

3.2.3 空间矢量PWM的硬件工作原理 ................................... 15

3.2.4空间矢量PWM的边界条件 ....................................... 15

3.2.5空间矢量PWM波形 ............................................. 15

3.2.6 空间矢量PWM的实现 ........................................... 16

3.3 本章小结 .......................................................... 21

4 永磁同步电机矢量控制的仿真研究 ....................................................................................... 22

4.1 永磁同步电机矢量控制仿真 ........................................... 22

4.2 MATLAB仿真永磁同步电机矢量控制系统设计 ............................ 22

4.2.1 MATLAB软件简介 .............................................. 22

4.2.2 MATLAB软件窗口环境 .......................................... 24

4.2.3 MATLAB语言编程 .............................................. 25

4.3 永磁同步电机矢量控制仿真 ........................................... 26

4.3.1 永磁同步电机仿真模型的建立 ................................... 26

4.3.2 空间矢量PWM（SVPWM）发生模块的建立 .......................... 26

4.3.3 SPMSM矢量变换控制系统框图 ................................... 30

4.3.4 永磁同步电机矢量控制调速系统的控制过程 ....................... 30

4.4 永磁同步电机矢量控制系统闭环控制方法的选择 ......................... 31

4.5 闭环控制系统仿真 ................................................... 32

4.5.1 电流PI控制模块 .............................................. 32

4.5.2 速度PI调节模块 .............................................. 33

4.5.3 坐标变换模块 ................................................. 34

4.6 仿真结果 ........................................................... 34

4.7本章小结 ........................................................... 35

5 总结和展望 ............................................................................................................................... 36

永磁同步电机矢量控制策略仿真研究

1 绪论

1.1电气伺服系统发展现状和动向

自从上个世纪60年代，电气伺服系统取代了大部分的电液伺服传动系统成为伺服系统的主要形式。按驱动装置的执行电动机类型来分,通常分为直流(DC)伺服系统和交流 (AC)伺服系统。直流伺服系统发展早,70年代已经实用化,在各类机电一体化产品中大量使用各种结构的DC伺服电动机。

直流伺服系统控制简单,灵活实现正反转,调速范围宽,稳定性高,响应速度快，无超调,定位精度和跟踪精度高。但是直流伺服系统也有难以克服的缺点;直流电动机转子绕组的发热大，影响与其相连接的丝杠精度;采用机械换向会产生电火花,直流伺服系统难以工作在易燃、易爆的工作场合;高速运行和大容量设计受到机械换相器的限制;电刷和换向器易磨损,日常维护工作量大;结构复杂，制造困难,成本高等。机械换向器的存在是造成以上问题的主要原因。

交流电机没有机械换向器，克服了直流电机的缺点。进入20世纪80年代后,功率电子器件和微电子技术水平得到迅速提高,基于先进控制理论、电力电子器件和微处理器的发展,交流伺服控制技术日趋成熟。交流伺服系统以其体积小,转动惯量最小,耐高速,可频繁起制动,过载能力强,瞬时输出转矩大,对环境适应性强,运行可靠性高，无需维护等特点而广泛适用于CNC和工业机器人等工业领域。到了90年代,交流伺服系统己经在许多场合取代了直流伺服系统，某些性能甚至超过了直流伺服系统，从而出现了取代直流伺服系统成为电气伺服系统主体的趋势。

目前国内外交流伺服系统研究正向着数字化、智能化、网络化、绿色化的方向发展：高性能和全数字化伺服系统是当代交流伺服系统发展的趋势，这种系统被广泛应用在高精度数控机床、机器人、特种加工装备和精细进给系统中。由于微 …… 此处隐藏：13711字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……