永磁同步电机双闭环矢量控制系统仿真实验指导书

1、题目 1：永磁同步电机双闭环矢量控制系统仿真一 实验目的1加深理解永磁同步电机矢量控制系统的工作原理2掌握永磁同步电机驱动系统仿真分析方法二实验要求 ：1.永磁同步电机双闭环控制系统建模2.电流控制器设计3.电流环动态跟随性能仿真实验4.转速控制器设计5.转速环抗负载扰动性能仿真实验6.给出仿真实验结果与理论分析结果的对比及结论三预习内容注：以下所有找不到的器件均可以通过搜索框搜索simulink 的启动在 matlab中键入 simulink，进入 simulink library，2014版本的可直接点击matlab界面上的 simulink library，在 simulink 界面上选

2、择file-new-model。如图 1 所示：图 1 simulink 界面在 simulink 一级标题下点击 source将 step(阶跃函数 )拖入空白文件作为转速给定，也可用两个ramp 函数相减，使转速缓慢达到预定转速，如图2：图 2 转速给定在 simulink一级标题下点击 ports & subsystems 选择 subsystem放入空白文件并双击，删除 in1 和 out1 的连线，如图 3：图 3 子函数模块选择simulinkcontinuous 下 的 integrator 、 simulinkdiscontinuous 下 的saturation、si

3、mulinkmath operation 下的 gain和 add，连好线后保存并返回，作为 pi调节器，其中 saturation 可设置上下限为 100 和-100，如图 4：图 4 pi 子函数模块设置此 pi调节器输出结果作为iq 的电流给定，同样方法得到一个pi调节器，输出结果作为电压给定，并设置saturation 上下限为 380 和-380，simulink 下 math operation 选择 sum双击并修改第二个“ +”为“ -” ，如图 5：图 5 转速和电流反馈pi调节选择 simulinkports & subsystems 下的 subsystem 拖入

4、并双击进入子系统，并添加 2 个 in1 和 1 个 out1 如图 6：图 6 接口模块simulinkmath operation 下选择 trigonometric function、product、subtract、add 加入文件，设置好后保存并退出，作为逆park变换，如图 7：图 7 反 park 变换再生成一个 pi调节器， 作为 d 轴电流调节器，simulinksource中选择 constant并设置为 0，如图 8：图 8 静止坐标系电压生svpwm 模块建立过程过于复杂，可参考文献12，只列出总体框图如图9 和图10，其中 ts为开关周期， udc 为直流母线电压。图

5、 9 svpwm生成结构图 10 svpwm生成模块三相桥模块：早期版本matlab选择 simpowersystemsspecialized technologypower electronics 文件下的 universal bridge （attention ：这一步不在 simulink一级标题下，往下寻找 ）, 2014 版本在 simscape simpowersystems technologypower electronics, 找不到可以在搜索框中输入对应器件名称搜索。直流母线电压源： simpowersystemsspecialized technologyelectric

6、al sources 选择 dc voltage source ，电压设置为 530v，如图 11：图 11 三相桥模块添加 pm 电机模块：simpowersystemsspecialized technologymachines 选择permanent magnet synchronous motor, 在添加 step信号作为转矩输入，暂时设置为 0，如图 12：图 12 pmsm 电机模块设置选择 simulinksignal routing下的 bus selector ，pmsm上的 m 连接到 bus selector 上的输入端，双击bus selector, 选择 signa

7、ls in the bus下的项，点击中间的 select，可以全部添加。如图13：图 13 输出参数设置选择 simulinksignal routing下的 mux, 双击将数字改为 3，将 bus selector输出端的 a bc相电流连接到 mux 的输入端，如图，并选择simulinksink添加示波器 scope观测电流 , 如果需要查看波形的fft ， 双击 scopeparametershistory, 去掉 limit data point to last 并勾选 save data to workspace如图 14: 图 14 电流解耦clark变换： simulink

8、ports & subsystems 选择 subsystem ，双击进入添加mux 和 demux，user-defined functions 选择 fcn, 其中 iabc 为三相电流，设置如图 15：图 15 clark 变换参数设置park变换：clark变换的输出 ia、ib 和电机的 theta 角作为 park 变换的输入，需要添加 mux 模块，其中 function 设置如图 16 所示：图 16 park 变换参数设置双击点击模型 ,点击 parameter 选项,根据设置的电机极对数选择对电机转子输出的机械角度乘以极对数得到电角度,如图 17红色圈所示 .电机为

9、感性负载,clark电流变换的角度有90相位差 ,所以需要减去 90 度. simscapesimpowersystemspecialized technology选择 powergui 添加到仿真图中，最终仿真图如图17 所示：图 17 总体框图仿真参数设置 simulationmodel configuration parameters，仿真步长可以设置为定步长或者变步长，定步长，此处设置为开关周期的一百分之一即1/600000，变步长可以设置最大步长为开关周期的百分之一，在不同步长情况下查看仿真结果: 图 18 仿真参数设置如果仿真过程中出现data logging exceeded a

10、vailable memory，可以在示波器 parameters 中的参数，limit to last 选项后的勾去掉，或者修改图18中仿真步长。若要添加转矩反馈，可以添加在电流反馈环之前。调整转速pi参数看看结果变化。以上得到了最简易的电路图,反馈的转速单位为rad/s，给定转速单位若为r/min ，需要在反馈的转速乘以30/pi 。线电压显示：simpower 下面找到voltage measurement 添加三个到电路图，+端连接三相桥的 a 相， “-”连接三相桥的b 相，其余两个分别连接b-c，c-a。相电压显示： 将三相桥的直流电压给定分为两个，中间接地ground， a b c相通过 voltage measurement 与 ground 相减连接示波器即可，如图19：图 19 实验电路全