（电力电子与电力传动专业论文）永磁同步电机控制系统的研究.pdf

p 士= l明明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文永磁同步电机控制系统的研究， 是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：盗塞毖 日 期：奎f ! ：2 ：! 生 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：温塞2 塾 日期：堡应：21 y 导师签名： 日期： 华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 永磁同步电机( p m s m ) 控制系统以其高功率密度、高性价比等独特优点受到国内 外的普遍重视，全数字化控制技术是提高系统性能的重要手段。论文首先研究了永磁同 步电机矢量控制的数学模型及其控制策略，提出了一种应用于永磁同步电机控制系统的 p i 参数在线辨识的新方法，并在m a t l a b s i m u l i n k 环境下对控制系统进行了仿真研究； 其次，完成了永磁同步电机控制系统的硬件设计与开发，对控制系统的整流、软启动、 逆变、电流采样、功率保护、位置和速度检测等电路进行了一体化设计；最后，结合设 计的硬件平台对永磁同步电机控制系统进行试验研究，试验结果验证了所提控制策略的 正确性。 关键词：永磁同步电机，矢量控制，数字信号处理器，p i 调节器 a b s t r a c t t h eu n i q u ev i r t u e so fp e r m a n e n tm a g n e ts y n c h r o n o u sm o t o r ( p m s m ) c o n t r o ls y s t e m a r eh i g l lp o w e r d e n s i t ya n dh i g hq u a l i t y & r e a s o n a b l ep r i c ew h i c ha l ea p p r e c i a t e da na t t e n t i o n h o m ea n da b r o a d t h em a i nm e t h o do fi m p r o v i n gt h e s y s t e mp e r f o r m a n c e i sf u l l d i g i t a l i z a t i o nc o n t r o lt e c h n o l o g y f i r s t l y , t h ep a p e rs t u d i e st h em a t h e m a t i c sm o d e la n dc o n t r o l s t r a t e g yo fp m s mv e c t o rc o n t r o l ，a n dt h e np r o m o t e san e wm e t h o d ，w h i c hc a nb ea p p l i e di n t h ep m s mc o n t r o ls y s t e m ，b a s e do nt h ep ip a r a m e t e rw h i c hi so n - l i n er e c o g n i z e d t h i se s s a y s t u d i e st h en e wm e t h o da b o v ei nt h ee n v i r o n m e n to f m a t l a b s i m u l i n k s e c o n d l y ，t h ep a p e r a c c o m p l i s h e st h eh a r d w a r ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to ft h ep m s mc o n t r o ls y s t e m ，a n dt h e i n t e g r a ld e s i g no fr e c t i f i c a t i o n ，s o f tl a u n c h , i n v e r s i o n , e l e c t r i c i t ys a m p l e ，p o w e rp r o t e c t i o n ， l o c a t i o na n ds p e e dt e s t i n g ；a tl a s t ，t e s ti ss t u d y i n gf o rp m s m b yc o m b i n i n gw i t ht h eh a r d w a r e d e s i g n e da b o v e ，t h i sp a p e rv a l i d a t e dt h ec o r r e c t n e s so f t h es t r a t e g yp r o m o t e di nt h ep a p e r x uw e n q i a n g ( p o w e re l e c t r o n i c sa n dp o w e rd r i v e r s ) d i r e c t e db yp r o f w a n ga i m e n g k e yw o r d s ：p m s m ，v e c t o r c o n t r o l ，d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r , p ir e g u l a t o r 华北电力大学硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章引言l 1 1 本课题研究的背景及意义l 1 2 永磁同步电机概述2 1 2 1 永磁同步电机的发展状况2 1 2 2 永磁同步电机的基本结构2 1 2 3 永磁同步电机的特点3 1 3 永磁同步电机控制系统的发展趋势3 1 4 本文的主要研究内容：4 第二章永磁同步电机的数学模型与矢量控制6 2 1 坐标变换6 2 2 永磁同步电机的数学模型8 2 3 永磁同步电机矢量控制1 0 2 3 1 = 0 控制1 0 2 3 2 定子电流最小控制11 2 4p w m 控制方法1 2 2 4 1 电流滞环控制方法1 3 2 4 2 空间电压矢量脉宽调制方法1 4 2 5 永磁同步电机控制系统p i d 参数在线辩识新方法1 9 2 5 1p i 控制器的数学模型2 0 2 5 2 系统转动惯量在线辨识2 2 2 6 本章小结2 3 第三章永磁同步电机控制系统的仿真2 4 3 1 带有p i 参数在线辨识的电流滞环控制方案2 4 3 1 1 电流滞环控制伺服系统仿真实现2 5 3 1 2 控制系统仿真结果及分析2 8 3 2s v p w m 控制方案3 1 3 2 1 空间电压矢量控制系统仿真实现3 2 华北电力人学硕十学位论文目录 3 2 2 控制系统仿真结果3 4 3 3 仿真波形综合分析3 7 3 4 本章小结3 7 第四章基于d s p 的交流永磁同步电机控制系统的设计3 8 4 1 硬件系统的总体结构3 8 4 2 功率驱动电路3 9 4 2 1 整流及逆变电路3 9 4 2 2 软启动电路3 9 4 2 3 驱动电路4 0 4 2 4 保护电路4 1 4 2 5 刹车制动电路4 l 4 3 控制电路4 2 4 3 1d s p 控制板4 2 4 3 2c p l d 电路4 2 4 3 3 电流采样电路4 2 4 3 4 位置和速度检测电路4 3 4 4 控制系统软件流程图4 3 4 5 本章小结“4 6 第五章实验结果及其分析4 7 5 1 实验环境4 7 5 2 实验波形4 8 5 3 实验结果分析4 9 5 4 本章小结5 0 第六章总结与展望5 l 6 1 全文工作总结5 1 6 2 后续工作展望5 l 参考文献5 3 致谢5 5 在学期间发表的学术论文和参加科研情况5 6 i i 华北电力人学硕士学位论文 第一章引言弟一早jli 随着电力电子技术、计算机技术、微电子和自动控制理论的发展，交流控制系 统研究的不断深入，特别是永磁同步电机控制系统在机电一体化、机器人、电动汽 车等高科技领域占据了日益重要的地位。本章首先讲述了研究永磁同步电机控制系 统的重要性，然后对永磁同步电机及其控制系统的发展趋势进行了的详细的分析， 最后介绍了本文的主要内容。 1 1 本课题研究的背景及意义 电机的发展过程中，同步电机、直流电机、异步电机并存于各个领域。2 0 世纪 6 0 年代以前，直流电机占据了统治地位，由于直流电机存在着一些固有的缺点，如 需要电刷和换向器进行换向、运行中易产生火花、需要经常维护和检修、转子绕组 发热大，使其性能变坏等，这些固有的缺点限制了直流电机向高转速、高电压、大 容量方向发展。 2 0 世纪7 0 年代末，交流电机逐渐被重视起来，交流电机能够克服直流电机固 有的一些缺点，其制造方便、价格低廉、运行可靠、维护少、可用于恶劣环境等特 点，因而在现代工业中得到了广泛的应用。但由于异步电机调速性能比较差，运行 时必须从电网吸收无功功率，从而使电网功率因数变低等缺点，从而限制了异步电 机的发展。 同步电机具有功率因数高、转子参数可测、效率高、定转子气隙大、控制性能 好等方面的优势，因此，在调速领域内，同步电机得到了广泛的应用。特别是永磁 同步电机的出现，用永磁体代替了转子励磁绕组，从而省去了励磁线圈、滑环、电 刷，使调速控制系统取得了长足的进步。随着传感器技术、控制理论和永磁材料的 迅速发展，交流调速系统逐步具备了调速范围宽、高转速稳定、动态响应快等良好 的控制性能，取代直流电机、异步电机调速系统已是必然的发展趋势【l 】。 永磁同步电机控制系统有直流电机和异步电机控制系统无法比拟的优点。首 先，永磁同步电机矢量控制系统是一种高性能的交流控制系统，由于永磁同步电机 的许多优点和矢量控制思想，所以由永磁同步电机构成的交流控制系统能够达到很 好的控制性能；其次，我国是世界第一稀土大国，稀土永磁同步电机已经在航空航 天多种型号中得到成功的应用；最后，永磁同步电机转子参数可测等特点，使永磁 同步电机得到了更为广泛的应用。 因此，研究和发展高性能永磁同步电机控制系统来满足现代工业迅速发展的要 求具有重要的实用价值。 华北电力人学硕十学位论文 1 2 永磁同步电机概述 1 2 1 永磁同步电机的发展状况 永磁同步电机出现于2 0 世纪5 0 年代。其运行原理与普通电激磁同步电机相同， 但它以永磁体替代激磁绕组，使电机结构更为简单，提高了电机运行的可靠性。 随着电力电子技术和微型计算机的发展，2 0 世纪7 0 年代，永磁同步电机开始 应用于交流变频调速系统。我国是盛产永磁材料的国家，2 0 世纪8 0 年代，稀土永 磁材料的研制取得了突破性的进展，特别是剩磁高、矫顽力大而价格低廉的第三代 新型永磁材料钕铁硼( n d f e b ) 的出现，极大地促进了永磁同步电机调速系统的发 展。使我国在稀土永磁材料和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际先进水平。新 型永磁材料在电机上的应用，不仅促进了电机结构、设计方法、制造工艺等方面的 改革，而且使永磁同步电机的性能有了质的飞跃，稀土永磁同步电机正向大功率( 超 高速、大转矩) 微型化、智能化、高性能化的方向发展【2 1 ，成为交流调速领域的一 个重要分支。 由于受到功率开关元件、永磁材料和驱动控制技术发展水平的制约，永磁同步 电机最初都采用矩形波波形，在原理和控制方式上基本上与直流电机类似，但这种 电机的转矩存在较大的波动。为了克服这一缺点，人们在此基础上又研制出带有位 置传感器、逆变器驱动的正弦波永磁同步电机，这就使得永磁同步电机有了更广阔 的前景。 永磁同步电机的种类繁多。按工作主磁场方向的不同，分为径向磁场式电机和 轴向磁场式电机；按电枢绕组位置的不同，分为内转子式电机和外转子式电机；按 转子上有无起动绕组，分为无起动绕组电机和有起动绕组电机；按供电电流波形的 不同，分为矩形波永磁同步电机和正弦波永磁同步电机。 1 2 2 永磁同步电机的基本结构 永磁同步电机的定子与普通感应电机相似，但转子结构形式多种多样。图1 1 是永磁同步电机常见的转子结构形式，其中图1 1 ( a ) 为表面粘贴式，图1 1 ( b ) 为表面插入式，图1 1 ( c ) 为内置式。由于永磁体特别是稀土永磁体的磁导率近似 等于真空磁导率，对于图1 1 ( a ) 所示的转子结构，直轴磁阻与交轴磁阻相等，因 此交、直轴电感相等，即l d = l q ，表现出隐极性质。而对其他结构，直轴磁阻大于 交轴磁阻，因此l d o ，b = i ，否贝, t j b = o ；若v c o ，c = i ， 否n c - - o 。根据a 、b 、c 的值计算扇区n 的值：n = 4 a + 2 b + c 。如表2 3 所示： 1 7 华北电力大学硕士学位论文 表2 - 3n 与扇区弓的对应关系 n123 4 56 扇区 261435 ( 2 ) x 、y 、z 及t l 、t 2 的计算 由式( 2 2 1 ) 、( 2 - 2 3 ) 可求得各个区间相邻电压的作用时间，设： x ：f 3 t s u p 卜川t s ，( 3 + 吼) j z y d c u z 2 甍( - 3 + 饥) ( 2 2 5 ) 求出各个扇区相邻电压的作用时间与式( 2 2 5 ) 比较可以看出，每个扇区相邻 电压作用时间的绝对值分别在x 、y 、z 的绝对值当中，即6 个不同的时间值，如表 2 4 ： 表2 4t l 、t 2 与x 、y 、z 的对应关系 扇区 12 3 4 56 t 1- zzxxyy t 2xy - yz- zx 实际系统中，特别是当电机突然加速或减速时，电机转矩变化较大，数字电流 环提供的电压参考矢量很可能超出逆变器输出最大电压时的参考信号。为保证合适 的空间矢量调制方案，必须对逆变器的输出加以约束【15 1 。 若： 互+ 互 t 则进行修改，如式( 2 - 2 6 ) ： 华北电力大学硕+ 学位论文 ( 2 2 6 ) ( 3 ) 计算矢量切换点t 。m l ，t 。i n 2 ，t c i l l 3 在一个完整的调制周期内，除了t l 和t 2 的作用时间外，还存在2 个零矢量的 作用，一般发生在每个调制周期的开始和结束时，总的零状态时问一般分成2 个相 同的零状态时间，a o f 0 ( 0 0 0 ) = t 7 ( 1 1 1 ) 。 考虑零矢量，按照开关切换次数最少的原则，开关次序分配如下： 定义 ( o ，0 ，o ) r 寸k 专一( 1 ，1 ，1 ) r 哼一k 专( o ，0 o ) r c = 丢( r 一互一互) 瓦= 乏+ 互i t 。, 正= 瓦+ 互1 互 则在不同的扇区中，根据表2 - 5 对切换点赋值【1 6 - 1 7 1 。 表2 - 5 各扇区的切换点 扇区 1234 56 t o m i乃乃乃乃t t , t c l n 2t a乃乃乃t a t c l i l 3乃乃t ct a乃t a 2 5 永磁同步电机控制系统p i d 参数在线辩识新方法 ( 2 2 7 ) p i d 控制是最早发展起来的控制策略之一，由于结构简单、稳定性好、可靠性 1 9 里m 旦m = = l 2 r r ，j、 华北电力大学硕十学位论文 高等优点，使其运用非常广泛，在工业过程控制中，9 5 以上的控制回路具有p i d 结 构。由于实际工业生产过程往往具有非线性和时变不确定性，应用传统的p i d 控制 器不能达到理想的控制效果。传统的p i d 控制方法无法保证对给定值的跟踪性能和 抑制扰动性能同时达到最优，这是因为在p i d 参数选择上，两种性能达到最优所需 的参数互相排斥，当一种性能达到最优时，另一种性能必然变差。常规的方法是在 两种性能之问选择合适的参数，尽量使两种性能都达到可以接受的状态。p i d 参数 的辨识直接关系到系统的控制效果，长期以来人们一直在寻求p i d 控制器参数的在 线辨识技术，以适应复杂的工况和高指标的控制要求。 通常解决交流调速系统变p i d 参数控制的基本思路有两条：基于模型法和基于 规则法【3 2 1 。基于模型法需要对象精确的数学模型，计算量大，控制效果好，但由于实 际系统中的不确定非线性因素和噪声干扰等影响，控制效果明显变差。基于规则法 只需根据系统的输入输出信号来改变控制参数以获得满意的控制效果，不需要系统 的模型。 在实际设计中，为了满足较低的时问响应，电流环和速度环均采用p i 控制。由 于不同的比例积分系数对系统动态和静态性能的影响不同，这就需要找到最佳的p i 参数，以达到最优控制。调速系统的负载发生变化时，整个系统的特征也会发生相 应的变化：系统转动惯量加大会使系统响应变慢，容易造成系统不稳定：系统转动 惯量减小虽然会使系统动态响应速度加快，但会使速度出现超调甚至震荡现象。为 了满足不同的外围负载运行情况，需要调整相应的控制器参数。但常规p i 控制器不 具有参数在线辨识功能，这使得当系统误差及其变化率较大时，p i 控制器参数难以 满足高精度控制系统要求。 根据调速系统原理和经典控制理论，从永磁同步电动机速度环等效模型找出p l 参数与转动惯量的数学关系，找到一种简单的算法实现系统转动惯量的在线辨识。 结合查表法，对p i 参数进行自辨识，该算法不依赖对象模型进行转动惯量辨识。算 法简单易行，易于在d s p 处理器上实现。 2 5 1p i 控制器的数学模型 对交流调速系统，其电磁暂态过程相对机械暂态过程较快，电流环时间常数远 小于速度环时间常数，因此在设计速度环控制器参数时可以认为电磁暂态过程已经 结束，如不考虑摩擦力转矩和负载转矩对系统的影响，速度环等效原理图如图2 - 9 所示。其中，国和缈分别为给定转速和反馈转速，群，k 为速度环比例和积分系 数，q 为电流环时间常数，p 为电机极对数。 华北电力大学硕士学位论文 图2 - 9 速度环等效框图 由图2 9 ，速度环的开环传递函数为： 3 - 三p c ( k p s + k i ) g ( s ) = _ 而万r 令口= 詈p 吩墨肌6 = k e k ，妣 g ( s ) = 丽a ( b s + 1 ) j l f ；s 十lj ( 2 - 2 8 ) ( 2 - 2 9 ) 根据经典自动控制理论，为使式( 2 2 9 ) 具有一定的相对稳定性，又有尽可能 快的响应速度，一般要求：c = b r l = 4 ，口= l 8 r ；。则： g 2 揣2 嘶4 r ：+ 1 ( 2 - 3 0 ) ( 2 - 3 1 ) 由于p ，吩，t 均为常数，从式( 2 3 1 ) 可以看出p i 调解器中的k e ，墨与，成 线性关系。这样，在其他参数不变的情况下，当转动惯量改变时，p i 调节器将自动 2 1 华北电力人学硕十学位论文 调整参数，使系统达到最优控制【1 8 1 。 2 5 2 系统转动惯量在线辨识 众所周知，电机及其负载的转动惯量同速度环的p i 控制器参数密切相关f 1 9 2 3 】1 。 因此如果能够较为准确地在线辨识出系统的转动惯量，就可以求出一系列k ，k 。 本文在电机起动和电机的机械方程基础上，提出了一种转动惯量的在线辨识方 法，使电机的运行性能得到了提高，同时p i 参数实现了自调节，提高了电机的运 行效率。 。 电机的机械方程为： ，塑：z 一互a t fl ( 2 3 2 ) 其中，为系统的转动惯量，其值为电机的转动惯量与负载的转动惯量之和，互 和五分别为电机的电磁转矩和负载转矩。 永磁同步电机在d q o 坐标系下的电磁转矩方程为： 33 乃= 号p ( 1 毛一毛) = 号烈吩乞一( 厶一厶) 屯】 ( 2 3 3 ) 其中， 岛、乞为定子绕组d 、q 轴电感，为永磁体等效励磁电流，其值为 t = ，厶，幺为d 轴励磁电感，毛、为定子d 、q 轴电流。 采用= o 控制，近似认为t e 与成正比关系，式( 2 3 3 ) 变为： z = 三儿咿主晰 ( 2 - 3 4 ) 当电机转速发生较大的变化时，速度控制器的输出较大，为了避免对逆变器和 电机构成损害，通常会给电流限幅，一般为2 3 倍的额定电流。假如速度变化足够 大，如给定额定转速起动，电流达到了限幅值，并持续一段时间，此时可认为转矩 电流t 为额定电流l 的3 倍，即l = 3 l ，根据式( 2 - 3 1 ) 可知，此时的电磁转矩可 认为是3 倍的额定转矩，即z = 3 z ，z 为额定转矩。在电流进入饱和的这段时间， 可以取到两个采样点 和乞，并且可以读出在这两个时间点的转速缈( f 1 ) 和国( 岛) ，在 两个采样点之间可认为负载转矩恒定不变。根据公式( 2 - 3 2 ) ，在 ，厶时刻积分， 可得到式( 2 3 5 ) ： 华北电力大学硕士学位论文 由式( 2 3 5 ) ，整理得： 删一c o ( t i ) = 孚( 3 z 删 ( 2 3 5 ) ( 2 3 6 ) 此时将电流最大限幅值由3 倍变为2 倍额定电流，重复启动过程。当电流达到 2 倍额定电流时，即厶= 2 ，电磁转矩同样可认为是2 倍的额定转矩，即乙= 2 r 。 再取两个采样点乞和t 4 ，读出这两个时间点的转速缈( 岛) 和缈( f 4 ) ，认为此时的负载转 矩与前次的负载转矩相同，且一乞= 乞- t t ，得到： ，一- 缈( ) 一国( 岛) = 丝王( 2 瓦一互) ( 2 - 3 7 ) 由式( 2 - 3 6 ) 和( 2 3 7 ) 可得： 扛乙丽而志再丽 ( 2 3 8 ) 从式( 2 - 3 8 ) 中可以看出没有负载转矩，等式右边都是已知参数。 计算出转动惯量后，就可以计算出，与用调节器中砗与k 的关系，实际应用 中可运用查表法，得到合适的砟，k ，。 2 6 本章小结 永磁同步电机的数学模型是一个非线性、强耦合、多变量的控制对象。根据永 磁同步电机控制系统矢量控制的原理，分析了屯= 0 和定子电流最小控制两种控制方 法以及电流滞环控制和s v p w m 控制技术两种p w m 控制技术，并推导出了转动惯 量在线辨识的简易公式，得出了一种p i 参数在线辨识的新方法。 以 砒 乏一 互一 学孚 e e = i l p p 刎 切 矾 d e鼻 华北电力大学硕士学位论文 第三章永磁同步电机控制系统的仿真 随着计算机技术的飞跃发展，仿真技术的应用领域也不断扩大。m a t l a b 是 m a t h w o r k s 公司开发的工具软件，具有强大的运算能力、绘图功能和和可视化仿真 环境。s i m u l i n k 是m a t l a b 的重要组成部分，由于它具有实现控制系统比较容易、 功能强大、界面友好、修改参数方便等优点【2 4 。2 5 1 ，因此，成为建模与仿真中应用最 广泛的软件之一。 3 1 带有pi 参数在线辨识的电流滞环控制方案 结合第二章的理论阐述，可以得到永磁同步电机的控制方案如图3 1 所示，主 要思想是： 图3 - 1 带有p i 参数在线辨识的电流滞环控制方案 ( 1 ) 根据速度与位置传感器反馈的速度信息，与给定转速的偏差彩作为速度 p i 控制器的输入，输出量为电流的q 轴分量；根据转动惯量在线辨识，自动变换p i 参数； ( 2 ) 采用= o 控制，结合反馈的转子位置角，经过逆p a r k 变换和逆c l a r k e 变换，推出三相电流给定值屯b 研，与反馈的三相电流i o k 的偏差作为滞环比较器的 输入； ( 3 ) 滞环比较器根据输入电流的差值大小与给定的滞环宽度比较产生触发脉 冲； ( 4 ) 触发脉冲输入到逆变器驱动永磁同步电机，电机输出的电流、转速和转 华北电力大学硕七学位论文 子位置反馈到第1 、2 步。 3 1 1 电流滞环控制伺服系统仿真实现 模块结构和功能如下： ( 1 ) p i 在线辨识模块 图3 - 2p i 在线辨识模块 首先，根据第二章后半部分的内容算出在1 3 0 0 0 r p m 的l o 个转速下的起动过程 饱和时的时间点和在该时间下的转速，按照公式( 2 4 0 ) 算出转动惯量，再由式 ( 2 3 3 ) 算出k p ，q ，根据不同的转速来自动切换合适的p i 参数。本文采用了1 0 个p i 参数。 ( 2 ) p i 控制器模块 华北电力大学硕十学位论文 刁 口 。 i - k p 。 j 7 。厂闪 。 刮ffor二7 幽 _e i - l一 + s a t u r a t i o n 互) 图3 - 3p i 控制器模块 将算出的k p ，k ，直接乘以缱，婕。= c o 一缈，由此可以推算出p i 控制器 输出的q 轴电流给定值b ： b = k p e 唧+ k l i ( - oe r r o r d t ( 3 ) dq abc 坐标变换 伍卜 m 似 ( 互卜斗 m 似 岖互卜叶 图3 - 4dq abc 坐标变换 ( 3 - 1 ) 该模块完成了由dq 轴电流变换为abc 三相电流，i o r 。f = 0 ，t h e t a 为反馈的电角 度，t h e t a = 0 ，其变换矩阵为： c o s 口 = l c o s ( p 一了2 n ) c 。s ( 口+ 了2 a ) s i n 0 s 试口一等 s i n ( 0 + 争 ( 3 2 ) 华北电力大学硕十学位论文 ( 4 ) p w m 脉冲产生模块 图3 5p w m 脉冲产生模块 该模块是系统仿真的关键，它直接决定了控制系统的性能，3 个比较模块是滞 环控制的核心，根据电流给定值毛陀f 、i b , 。f 、如，c f 和三相实际电流反馈值厶、毛、f 。差 值的大小与滞环宽度大小的比较来决定输出的高低电平，这是给a 相上桥臂的触发 信号，取反则为下桥臂触发信号，n o t 模块可以实现这一功能，从而就产生了6 路 p w m 脉冲。 ( 5 ) 电机参数 采用四通电机9 0 c b 0 7 5 c 一2 c e 6 e ( 7 5 0 w ) 参数如表3 1 所示： 表3 1p m s m 参数 参数符号数值 额定电压u 2 2 0 v 额定电流 i3 5 8 a 额定转速 n 3 0 0 0 r p m d 、q 轴电感l d = k 9 5 6 * 1 0 - 3 h 电磁转矩乃 2 3 9 n m 转动惯量 j 0 2 4 6 1 0 一k g m 2 磁链、| ，f o 0 9 、 m 定子电阻r3 3 q 极对数 p4 2 7 华北电力大学硕十学位论文 3 1 2 控制系统仿真结果及分析 仿真所用的电机参数如表3 1 ，考虑理想状态，设定摩擦系数为零，1 0 组p i 参 数，分别对应不同的转速，如表3 - 2 所示。输出的t q , e f 幅值为+ 1 0 a ，采样频率为1 2 k 。 表3 - 21 0 组p i 参数 转速( r m i n ) 足。k i l 0 1 51 2 0 7 50 55 0 1 5 0o 51 7 3 5 0o 63 4 5 6 5 00 61 4 5 9 0 00 6o 9 5 1 2 5 00 60 4 3 2 1 7 5 0