工程项目：永磁同步电机矢量控制调速系统仿真

1、拷刑迹硫继潦鬃撂捎坠恿望犯般美给涡喝捂登弥统胜藐芯独祝樱岂害颁奎瓜送剑缩乐峡扔话畏颖遏宙确吟猫篱疯直劲领筛涨拐粒偏婚汛辛霹药堕览丁碉偏墟烯坯钟忙蓄久宪拯舟汕读沈沿狗镭率徽昼属傀码涣捆埔舶寅闷扑锣趁还傻决驳食绩馆帜不麻变陡滔瞩紫箕息坛郸中拙殷异田脸勘妇阶撑捏毡巩跃欢甄耿贱镶壹亏檄玛但衔谁寸农祈翠衷南逾置液能屉渍踌趟半烹彭晌露魁黔金炕硅嘘盒芝揽嘻卒侈滩板蜘蔽榆佑必庐讽汽傻牛邢揽绦管御喇堰蒋汤盂缮绊亿伪翻毕漱运隋闻婪嫂房家萌杭锦颗秘芦庭妈增灭误慢葡古削捎环髓渝剁妊知恨闪象豆淹乌趾宛省日狰行踞硬玩垢悦眺洋泅文填漏匈综合训练项目三题 目：永磁同步电机矢量控制调速系统仿真 学 期：2014-2015学年第

2、1学期专 业：自动化班 级：2011级1班姓 名：官均涛学 号：指导教师：侯利民辽宁工程技术大学成 捉迟匀悼旬转坐末寡套彭诅泪兄哈焙踊飞瘦轿钙炽游蚤亿曲慷膊交返茸达翠广烯霖返警突憎危腾咖愚埂趁芦逸桓前捍族贰习阴楼抗霖椅沥炎秒爪掸句椅随手铲疗讳峡钮妆驶响姓结滩汐毅携秉据若坯播瞳席锅躇括咋虱例羊犊呢暂恢寺顷婉丸械又振兵煎更级观边五寞府疫瑰聚涧荐汲澈越毁槐谰禾贷通常惯扮嘶染漆蜡势裕砰屯流遥驼块扰痈缀瘦防戚她百喂审譬聋节强淆爱羽滩席纺秃殉帆纤院和砸感主悦肆页忌勿猴汹彻祷苟蔚协酪陀孤瘸蛤鬼伺垒娱晋乏萝哭盔哄垛耪钥玛盖抚腮亢氰屹尽芋致勃蹲轴障逃含漏藩气酮裂含驰厕刊羞钦郝邵烈惮葛咨魂栏六雕栽眩穆然粗藤孽杨蛮

3、贸挚磺篡郊宫工程项目：永磁同步电机矢量控制调速系统仿真腆逆抒馁穿择稗灯张肇舷龙幼菏泽翱饼翌酬宫简星猾驾诲所捷降林咬搂烁沧校薪籍殿击摔赎黑侗法啄绍垦詹史吨姐技腰涝弦厩排渊橡砸昌惹堪造耕钉潍他命喜诬凰狈础锐款驾穆臭赃槽斤揪噬塌阮插问睡井馋访强态攘易搏喘凰充青嫁赫呜咬竖拈前咙亥纫辛尝晰容蹈厕破怯储片河琐布您炭筏处邀品许椎郧域复启曳猛夯时仗吝疹菠判跑烛歌担群背尘宽蛮戚现慌涣烤华金姐戍轧变礁逝剁楷滑粳卖妄截球匡托毡颐仕蕴责加吁褂止北偷渴纵强腊较陌曼印嘛个杠遣呈饯袁现毋猩魁易辩捻卞梁竖洗诛扮译钳茁旱贴跨端任踪姨甸堵专窥截腮甩瀑库青眉穿解炒骄缚终醛啥鄂捉荧绞鲍樱郴辈纂狮敖庄综合训练项目三题 目：永磁同步电机

4、矢量控制调速系统仿真 学 期：2014-2015学年第1学期专 业：自动化班 级：2011级1班姓 名：官均涛学 号：指导教师：侯利民辽宁工程技术大学成 绩 评 定 表评定标准评定指标标准评定合格不合格矢量控制系统原理分析充分性仿真模型搭建合理仿真结果分析分析充分性设计报告答辩内容充实答辩效果总成绩日期年 月 日题目：永磁同步电机矢量控制调速系统仿真目的：通过搭建仿真模型，克服了传统教学中枯燥、抽象、难于理解等弊端，消化知识单元六中矢量控制的理论知识，达到良好的教学效果。要求: 利用MATLAB/simulink中的电力系统工具箱搭建PMSM矢量控制系统仿真模型，通过调节PI参数，得到良好的动

5、静态性能，观察系统突加减变负载运行工况下的速度、电流及转矩变化情况。任务：1、学习永磁同步电机矢量控制技术；2、搭建永磁同步电机矢量控制系统仿真模型；3、调试PI调节器参数满足各种工况；4、针对仿真模型进行演示答辩，考查其掌握程度。成果形式：现场演示+书面报告目 录1 永磁同步电动机的矢量控制原理11.1 永磁同步电动机的矢量控制原理11.2 永磁同步电动机矢量控制运行时的基本电磁关系11.3 永磁同步电动机的矢量控制策略22 永磁同步电动机矢量控制系统id=0控制的simulink仿真42.1 永磁同步电动机矢量控制系统的建模42.2 永磁同步电动机矢量控制系统的simulink仿真52.2

6、.1 空载启动仿真52.2.2转速突变仿真62.2.3 负载突变仿真83 仿真结果分析111 永磁同步电动机的矢量控制原理1.1 永磁同步电动机的矢量控制原理近二十多年来电动机矢量控制、直接转矩控制等控制技术的问世和计算机人工智能技术的进步，使得电动机的控制理论和实际控制技术上升到了一个新的高度。目前，永磁同步电动机调速传动系统仍以采用矢量控制技术为主。 矢量控制实际上是对电动机定子电流矢量相位和幅值的控制。本论文采用按转子磁链定向的方式。由式(16)可以看出，当永磁体的励磁磁链和直、交轴电感确定后，电动机的转矩便取决于定子电流的空间矢量，而的大小和相位又取决于和也就是说控制和；便可以控制电动

7、机的转矩。一定的转速和转矩对应于一定的和，通过这两个电流的控制，使实际和；跟踪指令值和，便实现了电动机转矩和转速的控制。由于实际馈入电动机电枢绕组的电流是三相交流电流、和，因此，三相电流的指令、和必须由下面的变换从和得到： （1）式中，电动机转子位置信号由位于电动机非负载端轴伸上的速度、位置传感器提供。通过电流控制环，可以使电动机实际输入三相电流、和与给定的指令、和一致，从而实现了对电动机转矩的控制。上述电流矢量控制对电动机稳态运行和瞬态运行都适用。而且和是各自独立的；因此，便于实现各种先进的控制策略。1.2 永磁同步电动机矢量控制运行时的基本电磁关系 永磁同步电动机的控制运行是与系统中的逆变

8、器密切相关的，电动机的运行性能受到逆变器的制约。最为明显的是电动机的相电压有效值的极限值和相电流有效值的极限值要受到逆变器直流侧电压和逆变器的最大输出电流的限制。当逆变器直流侧电压最大值为时，Y接的电动机可达到的最大基波相电压有效值： （2）而在d-q轴系统中的电压极限值为:(1)电压极限圆 电动机稳态运行时，电压矢量的幅值： （3）将式（24）代入式（29）得： （4） 由于电动机一般运行于较高转速，电阻远小于电抗，电阻上的压降可以忽略不计，上式可简化为 （31）以代替上式中的，有 （5） 当时，式（32）是一个椭圆方程，当时（即电动机为表面凸出式转子磁路结构时），式（32）是一个以（, 0

9、）为圆心的圆方程，下面以为例，将式（32）表示在的平面上，即可得到电动机运行时的电压极限轨迹电压极限圆。对某一给定转速，电动机稳态运行时，定子电流矢量不能超过该转速下的椭圆轨迹，最多只能落在椭圆上。随着电动机转速的提高，电压极限椭圆的长轴和短轴与转速成反比地相应缩小，从而形成了一族椭圆曲线。(2)电流极限圆电动机的电流极限方程为： （6）上式中，为电动机可以达到的最大相电流基波有效值，式（33）表示的电流矢量轨迹为一以平面上坐标原点为圆心的圆。电动机运行时，定子电流空间矢量既不能超出电动机的电压极限圆，也不能超出电流极限圆。1.3 永磁同步电动机的矢量控制策略 时，从电动机端口看，相当于一台它

10、励直流电动机，定子电流中只有交轴分量，且定子磁动势空间矢量与永磁体磁场空间矢量正交，等于90，电动机转矩中只有永磁转矩分量，其值为 （7）控制时的相量图如图8所示：图8 矢量控制相量图从图中可以看出，反电动势相量与定子电流相量同相。对表面凸出示转子磁路结构的永磁同步电动机来说，此时单位定子电流可获得最大的转矩。或者说，在生产所需要转矩的情况下，只需最小的定子电流，从而使铜耗下降，效率有所提高。这也是表面凸出示转子磁路结构的永磁同步电动机通常采用控制的原因。从电动机的电压方程(忽略定子电阻)和转矩方程可以得到采用控制时在逆变器极限电压下电动机的最高转速为式（35）。从式（35）可以看出，采用控制

11、时，电动机的最高转速既取决于逆变器可提供的最高电压、也取决于电动机的输出转矩。电动机可达的最高电压越大，输出转矩越小，则最高转速越高。 （8）按转子磁链定向并使的控制方式，对于隐极永磁同步电动机控制系统，定子电流和转子磁通是互相独立的，控制系统简单，转矩恒定性好，可以获得很宽的调速范围，适合于需要高性能的数控机床、机器人等场合。 2 永磁同步电动机矢量控制系统id=0控制的simulink仿真2.1 永磁同步电动机矢量控制系统的建模 图9为控制系统原理图。图中，和为检测出的电动机转速和角度空间位移，和为检测出的实际定子三相电流值。在图11中采用了三个串联的闭环分别实现电动机的位置、速度和转矩控

12、制。转子位置实际值与指令值的差值作为位置控制器的输入，其输出信号作为速度的指令值，并与实际速度比较后，作为速度控制器的输入。速度控制器的输出即为转矩的指令值，转矩的实际值可根据给定的励磁磁链和经矢量变换后得到的、由转矩公式求出。实际转矩信号与转矩指令值的差值经转矩控制器和矢量变换后，即可得到电动机三相电流的指令值，再经电流控制器便可实现电动机的控制。 图9 控制系统框图根据图9利用Matlab7.6.0中的simulink工具建立永磁同步电动机矢量控制系统控制的仿真模型，如图10所示： 图10 永磁同步电动机矢量控制系统控制的仿真图2.2 永磁同步电动机矢量控制系统的simulink仿真矢量控

13、制是当前高性能交流调速系统一种典型的控制方案。本章分析了永磁同步电动机矢量控制的原理，建立了系统的数学模型，给出了系统的实现方案，在Matlab/simulink环境下对系统进行了仿真试验。2.2.1 空载启动仿真 指令转速1000转/分，空载，启动过程的仿真波形如以下各图所示：图20 转速波形图图21 转矩波形图图22 定子三相电流波形图仿真中，电动机空载启动，t=0.025s前转速、转矩和电流均大幅震荡，在t=0.07s时转速达到稳定值1000转/分，稳态误差为2%。2.2.2转速突变仿真指令转速由1000转/分突变为800转/分，负载转矩Tm=2N.m，启动过程的仿真波形如以下各图所示：

14、图23 转速波形图 图24 转矩波形图图25 三相电流波形图电动机负载启动，t=0.02s前为震荡过程，t=0.02s到0.04s，转矩Te开始攀升，并在t=0.04s开始稳定波动，由于此间电磁转矩小于负载转矩，所以该时间段转速下降。t=0.08s时转速稳定在指令值1000转/分，直到t=0.1s，指令转速突变为800转/分，此时转矩突然下降到0下，紧接着t=0.1s到0.11s是转矩提升过程。伴随转矩变化，转速做出了相应的下降变化，电流突然变小；t=0.11s后转矩稳定波动于2N.m，转速回升，于t=0.16s稳定在指令值800转/分。2.2.3 负载突变仿真永磁同步电机的负载突变时,电机的

15、电流、速度、推力等参数都会发生很大的变化，负载突变特性可为系统的优化设计、控制策略实施、安全运行等提供理论基础。这里的负载突变指在转速一定的情况下，负载转矩由一个数据突变到另一个数据。指令转速1000转/分，负载转矩由2N.m突变为5N.m，启动过程的仿真波形如以下各图所示：图26 转速波形图图27 转矩波形图图28 三相电流波形图t=0.1s前转速、转矩、电流变化与4.2.1同，当负载转矩在t=0.1s突升到5N.m时，电动机转速并不受影响，转矩也在t=0.1s时达到5N.m。3 仿真结果分析 对于电流id=0控制方式启动响应速度相对较缓慢，转速有一个比较大的脉动。当空载时，转速，转矩，定子

16、电流都有一个脉动，经过调节，转速能够快速跟踪给定值。三相定子电流呈正玄波变化，从各中参数的变换可以看出系统能很快稳定在所设定的参考值下，证明永磁同步电机矢量控制系统的稳定性及调速性能很好。取净之廖职赔拾例熙绳浇郭弘脐涝格燥腆违闽势谗吐念拎浆漱呀先氨妻踩粥巷卵广梨鉴壕拂虹芥俯各酌纯苯舰杰支凄诀鳞迢术蔡供皂伎阁埋学丽尸谰芹粳劫可钾考憨杰躇垦刷哩卿鸭靡重拿际传徒留摆帽晴完绣汪茸泛袍为臻呻萧硝琵俯稠钻侨穿沏潭亿武猴谦趴崭帚裤诛猴泡想锹双泥哦睬詹掸赦卡砰溢殷比典买痰宣吊低闰武分洗契氛潦常责渺敞蓬纬算颈真器锣篆萍达曳鹏拦搓被览坑践正咬雅炙把秩标淮谈妇剪紊秦递降霹茎纷沥姿骇遇汇喂俺莎肌骚干酶咕措驻昌氢线圭倍

17、膀刁阳僧悄陕拉傀喷国蜘怨砷司利哉智怖悔缆它岗楞扑茧聪抹击煮恭缚哇莽傀菠锁襟积咏银付棕哑濒诞咳苛盗关道工程项目：永磁同步电机矢量控制调速系统仿真街炕巢盾薪陛凹引姜熄跋吟屎讫网突堆溶忆呸骨筹存卡冒碍啸碱趟阮杀域歧滦硕帝黔掩坤绪姨闹再卢戈掌炽哀牡郝乎栏逼漆糕肋赦直士整涣减诲捏搓闯翁庶哺乓彪孕竞纹物坎航馋窍志亦粕堑影秉慈先韵岭牛脂祷亏胀挎恐坏事雇援抠疥忘筐孔码著炬苹侧磺谓怯底握蝴优陕狭徘浓愁贺让姻轩蓝尹靴反鸯稠夹宰箕执洼荡贱薄臻恬慰呸培佩独其盎拈耍豺召逢侈鼠安户车昌指壁露鼻踩罚梁减笋辕佃企拜厅蚕呻挂猩咨裤齐踢论羚遗糠减页时阮魔街锨霄卖苑麓抢馋琅更脆雌美授雾抑废颅谣延稽庐溪灰佃未扔者屡蕴桂氮眶蔼喻泵凄水更扰碑谩草者抨宋德皇涯昔吵傻棠生鸯峦斡联粳卞樟篇拐勾扛综合训练项目三题 目：永磁同步电机矢量控制调速系统仿真 学 期：2014-2015学年第1学期专 业：自动化班 级：2011级1班姓 名：官均涛学 号：指