永磁同步电机双闭环矢量控制系统仿真实验指导书剖析

1、学资学习网题目1:永磁同步电机双闭环矢量控制系统仿真实验目的加深理解永磁同步电机矢量控制系统的工作原理1.掌握永磁同步电机驱动系统仿真分析方法2.实验要求:学资学习网学资学习网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S

2、imulink library，在Simulink界面上选择 File->New->Mode。如图 1 所示：M-a L切Bk -J图1 Simulink界面拖入空白文件作为转速）阶跃函数step（将source一级标题下点击Simulink在. 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：Siraulri.Smeary ubkccmiC&r：nu3U5Diszontr uriinDis-zmteLew md&t cportnort Lflobuc TablesMat DpsrdtiDrs Mci4elrlfc：H>C«n 州H

3、e卜齣臨i山血1»Pk冒 S Sufcsyv&rwsigrui RtfruangEfrdi jew wr rtc Nzi«理C-hlrp Si gnalC odeCSenear FpsRjrni1Ck?L np Li rp. ie-ffD 祁 IjM CJodii EnLHrsrztzi:1LarjliltStwreraSxfM1/屮屮 mLJLi卫.flv."-.BD-P D DDBbn pUwr-terhed Fh notion AQdflifr-inMflir &巳it于目上zksci CcuFruniEiTiDr Systefn k C*l

4、pjte Ylwen svsbEvn Cd<tdI Syslen Tocibojc D3P S剛訂欢恤監 jNA&qbQncfi TkEisxfuzzy LdpcTtaltsea%Qi 整 RodcwtHDL96* 皿Wil偏i rwjfl ± wtteri Trrib3M jnsrnirvr,' Cnr-nr TootnxHodul 曲瑰牯臼 Central Ts NsjibI Ne!wnrl Tc Jbc. OPC TucilbcjcR-t-e-iiTiQ 斑 CLir3E. latere-.gHE777TRardcm NjntwR*C 3tl 13 G-e

5、cufns.£ B jdlclwr5 ii a 卄 3.UTFbf R.j n-F-pesrtiTa &scusnaE. Gajr图2转速给定在Simulink 级标题下点击 Ports & Subsystems选择Subsystem放入空白文件并 双击，删除In1和Outl的连线，如图3：j-CgflwnUwdContnuo 血皿fiwi鬥lDfl«： 0阳 M 了网"5 ：LtPUipHaiti Cprnicins HwMUenlEKidnMoM-sVd« Mil曲Signmir-ihiitiSignal Rcjing 船nSL s-

6、Zeft-cdi F uncSicns ddr>3“A> Um A zatrdfi £<HM.|WS!-艇EkMlCumiir ziiE" s 匀54 Is Conwlw VMm SyWAl* CpnnH $科1阿坯1»<| SPyfltamTlMlt ?K >BlB AoepjHJtBn "RKHhCDC 电剜rFunyL屮 TW4 jauw- 3tacts4t二figpuH b ta 呂一时mEbUBd uhvin4«ftiFunobCin-GalIfdirFa* Ebex-.-图3子函数模块选择 Simuli

7、nk>Continuous下的 integrator、Simulink>discontinuous下的 Saturation、 Simulink>math 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lq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

8、反馈 PI调节选择Simulink>Ports & Subsystem下的Subsystem拖入并双击进入子系统，并添 加2个In1和1个Out1如图6：百:Sim u I ink Library BrowserFile Edit View HelpEnter search termLibrariesLibrary: Simulink/Ports & SubsystemsSimulinkCommoly Used Slocks Contmuous DtscjontinurtiesDe-cr-eteLogic and Bit OperationsLookup TablesM启

9、th Op&rationsModel VeirHIcatlon ModekWkle UtilitiesSigmalAttrtoijLesSignal RoutingSinks Sources User-Defined Functions Addfional Math & Discrete Aero&pace BlosetCommunitations SystemT( 亡ompiiter Visiqh System Ti Control System ToDlbox DSP S-stem Toolbox ata Acquisition Toolbox Embedded C

10、enter Fuzzy Logic->albox Gauges EFlocKetHDL CoderHDL VerifierImage Acquisition Ttoobox hstrumEnl tantrol Toolbox f.'odsl Predictive ControlTdNeural Network ToolboxPC Too IboxReaUTime Windows-largel 刁rrrShowing. Smnu in sports &. SubsystemsFumion-C-Bll F#tdbicfc LatchFundi on-Cill SplitTri

11、ggerSearch Results: '.nont 0EnablesFor It* to* Sutnyst*miFuncSiion-CBllGftHBfltWFunction-C»ll SubiyiterriiCodeRebseSu b-EnablMl and Trigg«fii-ai Sub.Or-LIf Adi onSubiys.t*riii图6接口模块Simulink>math 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：

12、图7反Park变换再生成一个PI调节器，作为d轴电流调节器，Simulink>source中选择constant 并设置为0,如图8:0 '_InlOutlP旷U那坛>W一 4Ini Dytlw n 1Fl3T u囲*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。学资学习网图9 SVPWM生成结构Si&p1SVPWM学资学习网学资学习网图10 SVPWM生成模块三相桥模块：早期版本 MATLAB选择 SimPowerSystems>specializedTechno

13、logy>Power Electronics文件下的 Universal Bridge （ATTENTION 这一步不 在 Simulink 级标题下，往下寻找），2014 版本在 Simscape> SimPowerSystems>Enter searcti term找不到可以在搜索框中 Tech no logy>Power Electro nics,输入对应器件名称搜索。直流母线电压源： SimPowerSystems>specialized Tech nology>Electrical sources 选择DC voltage source电压设置为5

14、30V，如图11:图11三相桥模块添加 PM 电机模块：SimPowerSystems>specialized Technology>Machine选择 Perma nent Mag net Synchron ous Motor,在添加Step信号作为转矩输入，暂时设置 为0,如图12：口 j图12 PMSM电机模块设置选择 Simulink>Signal routing下的 Bus select。，PMSM 上的 m 连接到 Bus selector上的输入端，双击 Bus selector,选择 Signals in the bus下的项，点击中 间的select，可以全

15、部添加。如图13：B-JAJ4-le£tElLrvri ILto-ve- 血6£门0鼻恤al*This bWck 航禺Ml； a. biif sb ufljut *t ick cari bs ©h戢弓(1 frcs ：Bui CrflaXij, Bue Slec that drfittw its sot put uanrij n bias Bbj/E m Irft lis+bifrthe ?i ptnl > in thtFie 5el5Ct butt ar. t c serlflrt the cut cut siinalrL Ehe- ri：ght list

16、'box sEmjvz the Eelertic Drr*t a tfridtE 1o roidpc tbfIcTie CKs 吧 b ' Chit put aa- twitfntrt,pul aflghtlPrntw s7：=/ ：.：！：_1 5raT.0fc Cijarreirt(A1St st or currfirtt u.c (a) St EtE cucrczit z.j_5 (£1 Stritair awriHft nd fl) St StOE TOlt e 节手一匚 d Skater mlt ice li_d(TJ HkI I flff art sifl

17、jr ! h_ a Halt, eirtiert Mjml h_bE sleet it i scn JstartoE- tuzTenrt zs_a (AJEtIX gUAleat 1O (£1 St a* dr cutTent i blc iiErtar rieed 'jti (rad/ s)9T 迥"CesI)ElrrtCv»nvii« tccjut T 悄呵】图13输出参数设置输Bus selector将，3双击将数字改为 Mux,下的Simulink>Signal routing选择 出端的A BC相电流连接到Mux的输入端，如图，并

18、选择simulink>Sink添加示波 器Scope观测电流，如果需要查看波形的 FFT,双击scope>parameters>history,去 掉 limit data point to last 并勾选 save data to workspace如ffl 14:图14电流解耦Clark变换：simulink>Ports & Subsystems选择 Subsystem 双击进入 添加 Mux 和 DeMux，user-defined Functions选择Fen,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

19、变换的输出la、lb和电机的theta角作为park变换的输入， 所 示：16设置如图Function模块，其中 Mux需要添加.furctcr BRzk :3j-srFe：Bra, -crJJiawrri如州u*閃心山迟Far jstcTtrsEdpiesiiantuLI *jj<3)nj'；3 *uCll3ft r itthBr i 1 vid 113抑5聖心)<1("呕口叩代I-pntral rxprrm.ncT blr r>i Vst u th*? LrtpiX 1 idi L« FrdiG.CDlah jp , » J y.，

20、r.q9 lbCE>lj?Ti?r 11 ?Tpi33EJin Z'ltKiJ-. s? "WIU Vai I dbl4 Pi IT亡.Etanpi&i Fir nCl 吃阿i；山亍-ti .') J> i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.Simscape>SimpowerSystem>specialized Tech nolo选择 powergui 添加至 U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 Simulat