《永磁同步电机直接转矩控制系统的仿真设计案例》2000字

永磁同步电机直接转矩控制系统的仿真设计案例综述永磁同步电动机直接转矩控制系统的仿真设计主要是通过分析永磁同步电动机的数学模型和永磁同步电动机直接转矩的基本原理。基于模块化结构的思想，根据永磁同步电机直接转矩系统框图的要求，建立了系统中的各个模块，最后将各个模块连接起来，建立了永磁同步电机直接转矩控制系统的仿真模型，仿真模型如下图所示接，从而搭建成永磁同步电机直接转矩控制系统的仿真模型，其仿真模型如下图所示。图3-7永磁同步电机直接转矩控制系统的仿真模型1.1永磁同步电机直接转矩控制系统各部分仿真模型分析逆变器：图3-8为逆变器模块图3-8为逆变器模块永磁同步电机直接转矩控制系统中的逆变器模块，该模块是simulink系统中自带的模块，该模块左侧接直流电源，右侧g端接电压脉冲,a,b,c端是此模块电压输出端也作为永磁同步电机三相电压输入端。g端在每次控制过程中一次输入六个电平，对应于六个开关管。永磁同步电机测量模块:图3-9永磁同步电机测量模块上图为永磁同步电机测量模块，该模块输入为永磁同步电机模块输出端m（永磁同步电机模块在simulink中固定存在，这里不进行叙述），由于simulink可以对大部分测量量进行自动测量，因此对于测量极为方便，该测量模块可以测出永磁同步电机在α-β坐标系下的电压，电流，这样极大简化了对定子磁链及其永磁同步电机电磁转矩的求解难度，还能求出永磁同步电机的定子三相绕组的电流，电机转速转速及其转子电角度，这些值也会用到其他模块作为输入量，因此简化了系统设计难度。转矩和磁链给定：图3-10转矩和磁链给定模块永磁同步电机直接转矩控制系统由于采用闭环结构，所以需要对对转速和定子磁链进行比较然后根据其误差再进一步进行决策，转矩和磁链给定模块则作为该系统初始阶段，该系统对转速初始设定为1000r/min，通过比例积分环节输出电磁转矩，定子磁链则给定为0.4Wb。转矩及其磁链滞环比较器：上文已经对滞环比较器基础理论部分进行了详细的叙述，其在simulink仿真中模块如下图所示图3-11转矩和磁链滞环比较器模块开关表选择模块：上文已经对永磁同步电机直接转矩控制系统的空间电压矢量选择及其最优开关表进行了详细的理论铺垫，在simulink仿真中该模块如下图所示。图3-12开关表模块该模块输入电磁转矩，永磁同步电机定子磁链幅值大小及其定子磁链所在的位置，由三个变量的变化，通过开关表的一一对应，输出最优的空间电压矢量即脉冲信号，使其对逆变器进一步控制。图3-13扇区判断模块扇区判断模块：扇区判断模块主要负责将系统已经计算出来的位置角通过该模块转换成所在的扇区值，输出给开关表模块作为一个输入变量使用，该模型如下图所示。定子磁链模型：根据永磁同步电机输出的在d-q坐标系下的d轴和q轴的电流值和永磁同步电机中转子所转过的电角度，经过此模块的处理得出永磁同步电机在α-β坐标系下的α轴定子磁链和β轴定子磁链，即定子磁链，该模块仿真图如下图所示。图3-14定子磁链模块转矩计算模块：该模块的理论公式如公式3-20所示，通过在定子磁链模块输出的在α-β坐标系下的α轴定子磁链和β轴定子磁链值和在永磁同步电机测量模块输出的在α-β坐标系下的α轴电流值和β轴电流值经过计算的得出永磁同步电机的电磁转矩，该仿真模块如下图所示。图3-15转矩计算模块1.2永磁同步电机直接转矩控制系统仿真结果分析永磁同步电机的电机参数如下表所示表3-3永磁同步电机的电机参数参数参数表示数值单位定子电阻RsR1.3Ω永磁体磁链φ0.175Wb定子磁链φ0.4Wb直流电压E311V转动惯量J0.0008kg∙磁极对数p4定子电感L8.5mH额定转速n1000r/min永磁同步电机直接转矩控制系统的系统转速：系统转速如下图所示图3-16永磁同步电机直接转矩控制系统转速变化曲线由图3-16可知，该系统仿真时间为0.3秒并且给定的转速为1000r/min，当突加给定时，该系统永磁同步电机转速迅速上升，大致在0.07秒左右能够达到维持此给定转速。尽管该系统会在开始是超过给定转速，使该系统具有超调量，但是其能够在短时间内达到维持给定转速，说明该系统的快速性能十分优越，有很优良的相应速度。当该系统在0.15秒时突加负载转矩，该系统的永磁同步电机也能在很短时间内恢复其给定转速，并且在0.1-0.12,0.25-0.3秒内多次出现转速的脉动输出，但是都会在短时间内达到平稳状态，上述这些特征也充分表明了直接转矩控制系统具有极强的稳定性和优良的自我调节能力。图3-17永磁同步电机直接转矩控制系统电磁转矩变化曲线永磁同步电机直接转矩控制系统的电磁转矩：由图3-17可以看出，该系统的电磁转矩约为0.05秒，基本稳定在0nm左右，也就是说在0.05秒左右达到稳定状态，表现其优良的快速性，在0.15秒突加负载转矩5N∙m,但系统在0.2秒左右基本将电磁转矩稳定在5N∙m,表明系统能够快速跟随负载的变化而变化，也充分说明了其极强的调节能力，另外虽然在0,02-0.05，0.2-0.3秒内出现了波动，但电磁转矩基本维持稳定，这也一定程度上说明了永磁同步电机直接转矩控