车用驱动技术 课件8

张硕北京理工大学机械与车辆学院电传动课题组

永磁同步电机仿真建模目录CONTENTS1参数化建模2

转速外环控制3电流内环控制4SVPWM模块5

逆变器模块6PMSM模块目录CONTENTS1参数化建模

参数化建模1.1参数化建模是一种建模方法，它允许模型中的一些参数可以通过外部输入或在模型内部的函数中定义和修改，而不是固定不变的。具有以下优点：（1）模型灵活性高：（2）便于参数的验证和对比（3）便于协作与共享（4）故障模拟和风险评估目录CONTENTS2转速外环控制转速外环控制组成2.1传统PI控制流程图如下：传统PI控制流程图转速外环控制组成2.1（1）误差计算：控制系统计算给定转速与实际转速之间的差值n*-n

，该差值称为转速误差，是PI控制器的输入。（2）PI控制器：该控制器接收转速误差信号，通过比例P和积分I作用生成一个控制信号。比例作用对应于误差的直接放大，目的是减小误差；积分作用则是对误差进行积累，目的是消除稳态误差。（3）转矩参考值：PI控制器的输出是目标转矩。

转速外环控制工作原理2.2（1）误差检测：系统持续监测给定转速与实际转速之间的差异，以便实时调整电机的驱动电流。（2）PI调节：控制器通过比例环节快速减小转速误差，积分环节则确保长期稳定性和零稳态误差。控制器的两个参数（比例增益

和积分增益

）需要根据电机的具体参数和性能要求进行调整。

转速外环控制工作原理2.2（3）反馈调整：PI控制器的输出信号（q轴电流参考值

）被反馈到电流内环控制，该环节进一步精确调节电流，以便实现快速和准确的转速控制。（4）动态响应：当电机负载变化或者转速设定值调整时，转速外环控制能够动态地调整q轴电流参考值，以确保电机转速快速稳定地达到新的设定点。目录CONTENTS3电流内环控制PI控制器3.1电流内环控制是永磁同步电机（PMSM）控制系统中的重要组成部分，其主要任务是确保电机的相电流能够按照预期值进行精确控制，从而实现对电机转矩和转速的精确调节。电流环采用PI控制器的PMSM控制Simulink模型PI控制器3.1比例项（Proportional）用于根据当前偏差的大小产生控制量，提供快速响应，使系统能够快速达到设定点附近。但是，单独的比例控制无法消除稳态误差。积分项（Integral）用于积累偏差，并随着时间的推移逐渐减小偏差，以消除稳态误差，确保最终输出精确达到期望的设定值。1．PI控制器一般形式DPCC控制器3.2为了克服传统PI控制算法的局限性，近年来无差拍预测控制（DeadbeatPredictiveControl，DPC）逐渐受到关注。预测控制是一种基于系统动态模型的高级控制策略，通过对未来时刻系统状态的预测，计算出最优的控制输入，从而实现对系统的精确控制。电流环采用DPCC控制器的Simulink模型目录CONTENTS4SVPWM模块

SVPWM模块4SVPWM（空间矢量脉宽调制）是一种先进的脉宽调制（PWM）技术，其基本目标是利用固定幅度和频率的直流电源生成变幅度和频率的三相交流电源，从而驱动电机。SVPWM模块的Simulink模型

SVPWM模块4SVPWM工作原理（1）空间矢量合成：

和

代表的矢量合成一个在二维平面上旋转的空间矢量，代表了期望的相电压。（2）扇区判定：根据

和

的值，空间矢量会位于六个扇区中的一个。扇区决定了邻近的三相电压矢量，这些矢量将用于合成期望的电压。（3）脉宽调制：通过调整相邻两个非零矢量的作用时间以及零矢量的应用，SVPWM能够准确地合成期望的电压矢量。（4）逆变器开关状态生成：根据扇区信息和脉宽调制算法，确定每个逆变器开关的开闭状态。目录CONTENTS5逆变器模块

逆变器模块5逆变器模块是连接控制系统与电机的桥梁，负责将直流电源转换为可调制的交流电源。逆变器模块的Simulink模型

逆变器模块5逆变器模块详细解释（1）Vdc输入表示直流侧电压，它是逆变器将交流转换为直流电能的源电压。（2）通过一个固定的比例因子2/3对Vdc进行缩放，这个比例因子用于调整逆变器输出电压的幅值，使之与电机设计相匹配。（3）Sa、Sb、Sc三个开关信号通过一个门电路，它们各自与Vdc缩放后的值相乘。（4）通过复数运算后，相乘后的值表示逆变器在每一相上的输出电压。这些电压随着开关状态的变化而变化，从而产生交流电压波形。目录CONTENTS6PMSM模块

PMSM模块6建立永磁同步电机的数学模型，需要对电机的部分特性进行理想化假设：（1）忽略空间谐波，设三相定子绕组对称正弦分布，在空间互差120°电角度，所产生的磁势沿气隙周围按正弦规律分布。（2）忽略磁路饱和，定子各绕组的自感和互感为恒定。（3）忽略铁芯损耗。（4）不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。

PMSM模块61．电压方程PMSM的电压方程描述了电机的电压与电流以及磁链之间的关系：ud、uq分别为dq轴电压；id、iq分别表示dq轴电流；R表示电机相电阻；L表示电机电感；φf为永磁体磁链。

PMSM模块62．机械方程PMSM的机械方程描述了电机的动力学行为，表达了电磁转矩与负载转矩之间的平衡，以及这些转矩是如何影响电机角速度的变化：Te、Tl分别表示电磁转矩与负载转矩；J表示转子惯量；p表示电机极对数；B表示阻尼系数；

PMSM模块63．转矩方程表示电磁转矩与q轴电流和永磁体磁链之间的关系。这个方程可以用来确定给定的电流和磁链条件下电机可以产生的电磁转矩。Te为电机电磁转矩；p表示电机极对数；φf为转子磁链；iq