交流永磁同步电机矢量控制系统的仿真研究

1、深圳大学本科毕业论文（设计）开题报告题 目交流永磁同步电机矢量控制系统的仿真研究学生姓名 学号专业自动化学 院机电学院指导教师本选题的意义及国内外发展状况：意义：（1）PMSM矢量控制系统是一种高性能的交流伺服系统。由于PMSM具有结构简单、体积小，重量轻、效率高、过载能力大、转动惯量小以及转矩脉动小等优点，并且利用矢量控制思想PMSM容易实现线性的转矩电流特性，所以由PMSM 构成的交流伺服系统能够达到很好的控制性能。（2）我国是世界第一稀土大国，稀土的总储量约占全球稀土资源的80。目前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，同时多种民用稀土永磁同步电机正在逐步走向规模化生产

2、，所以对稀土永磁同步电机控制系统的研究对国民经济和国防建设的发展都具有非常重大的战略价值。虽然将智能控制用于交流传动系统的研究已取得了一些成果，但是有许多问题尚待解决，如智能控制器主要凭经验设计，对系统性能(如稳定性和鲁棒性)缺少客观的理论预见性，且设计一个系统需获取大量数据，设计出的系统容易产生振荡；另外，交流传动智能控制系统非常复杂，它的实现依赖于DSP，FPGA 等电子控制器件的高速化。 发展状况： 1971年，由德国Blaschke等人首先提出了交流电动机的矢量控制（Transvector Contrl）理论，从理论上解决了交流电动机转矩的高性能控制问题。其基本思想是在普通的三相交流电

3、动机上设法模拟直流电动机转矩控制的规律，在磁场定向坐标上，将电流矢量分解成产生磁通的励磁电流分量 和产生转矩的转矩电流分量 ，并使两分量互相垂直，彼此独立，然后分别进行调节。这样，交流电动机的转矩控制，从原理和特性上就与直流电动机相似了。因此，矢量控制的关键仍是对电流矢量的幅值和空间位置的控制。DNuanin等研制了一种永磁同步电动机矢量控制系统，采用16位单片机8097作为控制器，实现高精度、高动态响应的全数字控制。永磁同步电动机矢量控制系统转速控制器大多采用比例积分(N)控制。N控制器具有结构简单、性能良好，对被控制对象参数变化不敏感等优点。自适应控制技术能够改善控制对象和运行条件发生变化

4、时控制系统的性能。与此同时，国外一些著名的公司，如日本的FANUC、安川、富士通、松下，美国的AB公司、科尔摩根公司，德国的西门子公司，法国的BBC公司、韩国三星公司等不断推出交流伺服驱动产品。随着DSP技术的飞速发展，永磁同步伺服系统的数字化正在快速地进行着。天津大学、华中科技大学、沈阳工业大学等研究了单片机或DSP构成的全数字交流伺服系统，采用预测控制和空间矢量控制技术，改善电流控制性能和系统响应精度，并开发了数字伺服系统。数字控制技术的应用，不仅使系统获得高精度、高可靠性，还为新型控制理论和方法的应用提供了基础。研究内容：（1）学习永磁同步电机的基本原理。（2）掌握永磁同步电动机矢量控制

5、方法。（3）学习MATLAB软件，进行永磁同步电动机矢量控制系统的仿真，并对仿真结果进行理论分析。研究方法、手段及步骤：1、研究方法就永磁同步电动机矢量控制系统的一般原理、参数计算及其运行特性的一些研究方法进行讨论，以明确永磁同步电动机矢量控制系统的设计思路。分析永磁同步电动机的结构，在此基础上建立起数学模型、确定永磁同步电机矢量控制策略，再完成永磁同步电动机的硬件设计、软件设计、最后进行仿真试验。2、步骤和措施（1）准备阶段熟悉课题、收集资料和数据，了解所选课题的必备知识，要求和设计步骤，对设计课题进行可行性分析并形成相应的文档。（2）设计阶段首先分析永磁同步电动机的结构，并在其结构的基础上

6、建立起数学模型。永磁同步电动机有三种数学模型：在三相静止坐标系(UVW)的、两相静止坐标系()的和旋转坐标系()的数学模型，讨论了其在三种坐标系下的数学方程以及相互转化关系。然后讨论永磁同步电机的基本控制策略，并在此基础上确定了永磁同步电机的矢量控制策略，再讨论空间矢量脉宽调制原理及其实现，最后完成了电流环Pl控制器和速度环PI控制器的设计。系统各主要模块的软件程序的设计思路及其实现方法，包括位置和速度计算、数字PI调节器的软件实现、坐标变换的软件实现、电流的采样与滤波等，最后仿真建立了一个电流、速度双闭环的控制系统MATLAB仿真模型，分析永磁同步电机矢量控制策略能否实现。（3）课题研究、设

7、计及仿真 对课题进行深入研究，综合考虑。以提高利用率，改善性能指标，促使智能化等优化设计为目标，结合实际，从各方面进行合理改造。并进行相应试验。参考文献：（1）暨锦浩.永磁同步电动机及其调速系统综述和展望J.2007.03（2）王兴贵，孙宗宇，王言徐.基于模糊控制的永磁同步直线电机矢量控制系统研究J. 2010.05.（3）唐任远.现代永磁电机理论与设计. 北京：机械工业出版社，1997，234-270（4）胡虔生.电机学.中国电力出版社 2006.（5）陶生桂，袁登科，毛明平. 永磁同步电动机直接转矩控制系统仿真. 同济大学学报， 2002，30 (8)：56-61（6）Idris N.R.N,Yatim A.H.M. Direct torque control of induction machines with constant switching frequency and reduced torqu