目录
摘要........................................................... I II ABSTRACT........................................................... I V 第一章绪论.. (1)
1.1课题研究的背景 (1)
1.2永磁交流伺服系统控制理论的发展 (1)
1.3永磁交流伺服控制系统的发展趋势。 (2)
1.4论文研究的主要内容 (3)
第二章永磁同步电机的矢量控制原理 (4)
2.1永磁同步电机的内部结构和种类 (4)
2.2电机控制中用到的坐标系 (4)
2.2.1系统中的坐标系 (5)
2.2.2由三项平面坐标系向两相平面坐标系（Clarke变换） (6)
2.2.3两相静止直角坐标系向两相旋转直角坐标系变换（Park变换） (7)
2.2.4永磁同步电机d—q轴数学模型 (8)
2.3转子磁链定向矢量控制理论 (9)
2.4同步电机的矢量控制 (10)
第三章PMSM控制系统的MATLAB仿真 (13)
3.1MATLAB动态仿真工具S L MULINK简介 (13)
3.2永磁同步电机仿真模型的建立 (13)
3.2.1逆变器 (14)
3.2.2空间矢量PWM发生模块的建立 (18)
3.2.3判断电压矢量所属的扇区及仿真实现 (18)
3.2.4计算X,Y,Z，T1和T2，以及其仿真实现 (19)
3.2.5计算开关作用时间 (21)
3.2.6生成PWM波形 (21)
3.2.7基于SVPWM的永磁同步电机控制系统的仿真模型 (22)
3.3：双闭环仿真系统的建立和控制器参数调整 (23)
3.3.1双闭环仿真系统的建立 (23)
3.3.2仿真结果 (25)
第四章结束语 (27)
工作总结及评价 (27)
致谢.............................................. 错误！未定义书签。参考文献:. (28)
摘要
本文研究的是通过电压空间矢量控制永磁同步电机系统，在PID控制策略下改善永磁同步电机的转矩性能,用MATLAB／SIMULINK建立了永磁同步电机电流转速双闭环矢量控制仿真模型。在模型建立后，由于PID控制由于算法简单、可靠性高，广泛应用于控制过程中。因此本文采用的是PID控制，并应用电压矢量控制SVPWM控制实现对永磁同步电机的转矩，使其拥有直流电机的性能。仿真结果表明空间电压矢量控制可以使永磁同步电机的转矩可控制并达到稳定，并产生三相稳定电流。
所有这些工作阐明了永磁同步电机矢量控制系统的原理、方法和性能，对今后研究永磁同步电机矢量控制系统和提高系统的性能具有参考意义。
关键词：永磁同步电机；PID控制；MATLAB仿真/SIMULINK；
Abstract
This paper studies the voltage space vector control by permanent magnet synchronous motor system , with the PID control strategy for permanent magnet synchronous motor torque performance, using MATLAB / SIMULINK to establish a permanent magnet synchronous motor current speed double closed loop vector control model. In the model, the choice of which control algorithm is also very important, because the PID control algorithm is simple, high reliability, widely used in the control process.So this article uses a PID control to achieve the SVPWM control of permanent magnet synchronous motor torque to have a DC motor torque control performance
All these work illuminates principle, method and properties of the permanent magnet synchronous motor vector control system, as a reference for the future research permanent magnet synchronous motor vector control system and improving the performance of the system
Keywords:Permanent magnet synchronous motor; PID control;
第一章绪论
1.1 课题研究的背景
随着电动机在社会生产中的广泛应用，电机研究成为必不可少的研究课题。电动机是生产和生活中最常见的设备之一，电动机一般分为直流电动机和交流电动机两大类。交流电动机的诞生已经有一百多年的历史。交流电动机又分为同步电动机和感应(异步)电动机两大类。直流电动机的转速容易控制和调节，在额定转速以下，保持励磁电流恒定，通过改变电枢电压的方法实现恒转矩调速；在额定转速以上，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。【9】20世纪80年代以前，在变速传动领域，直流调速一直占据主导电位。随着交流调速技术的发展使交流电机的应用更加广泛，但是其转矩控制性能却不如直流电机。因此如何使交流电机的静态控制性能与直流系统相媲美，一直是交流电机的研究方向。
1.2 永磁交流伺服系统控制理论的发展
交流调速理论包括矢量控制和直接转矩控制。1971年，由F．Blaschke 提出的矢量控制理论第一次使交流电机控制理论获得了质的飞跃。矢量控制采用了矢量变换的方法，通过把交流电机的磁通与转矩的控制解耦使交流电机的控制类似于直流电动机。矢量控制方法在实现过程中需要复杂的坐标变换，而且对电机的参数依赖性较大。直接转矩控制是1985年Depenbrock教授在研究异步电机控制方法时提出的。该方法是在定子坐标系下分析交流电机的数学模型，强调对电机的转矩进行直接控制，对转矩进行砰一砰控制，无需解耦，省掉了矢量旋转变换计算。【1】控制定子磁链而不是转子磁链，不受转子参数变化的影响，但不可避免地产生转矩脉动，低速性能较差，调速范围受到限制。而且由于它对实时性要求高、计算量大，对控制系统微处理器的性能要求也较高。【10】【11】
矢量控制的基本思想是在普通的三相交流电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，将电流矢量分解成为产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量，并使得两个分量互相垂直，彼此独立，然后分别进行调节。这样交流电动机的转矩控制，从原理和特性上就和直流电动机相似了。【6】
控制策略的选择上是PID控制，传统的数字PID控制是一种技术成熟、应用最为广泛的控制算法，其结构简单，调节方便。
1.3 永磁交流伺服控制系统的发展趋势。
永磁交流伺服控制系统的发展趋势如下：
(1)电机调速技术的发展趋势是永磁同步电机将会取代原有直流有刷伺服电机和步进电机及感应电机。因为永磁同步电机相对其他形式的电机有着显著的优势如：A)永磁同步电机在基速以下不需要励磁电流，在稳定运行时没有转子电阻损耗，可以显著提高功率因数(可达到l甚至容性)；B)永磁同步电动机不设电刷和滑环，因此结构简单，使用方便，可靠性高；c)永磁同步电动机转子结构多样，结构灵活，而且不同的转子结构往往带来自身性能上的特点，因而永磁同步电动机可根据使用需要选择不同的转子结构形式。而且在相同功率下，永磁同步电动机在比其他形式电动机具有更小的体积。【12】【】16我国制作永磁电机永磁材料的稀土资源丰富，1984年7月，我国成为世界上第三个能研制和生产第三代稀土钕铁硼永磁材料的国家，稀土资占全世界的80％以上，发展永磁电机具有广阔的前景。【5】【12】
(2)高性能控制策略广泛应用于交流伺服系统。基于常规控制理论设计的电机控制系统存在缺陷和不足：传统控制器的设计通常需要被控对象有非常精确的数学模型，而永磁电机是一个非线性多变量系统，难以精确的确定其数学模型，按照近似模型得到的最优控制在实际上往往不能保证最优，受建模动态，非线性及其他一些不可预见参数变化的影响，有时甚至会引起控制品质严重下降，鲁棒性得不到保证。【7】
(3)绿色化发展。由于全球电能的80％以上通过电力变换装置来消耗，作为广泛使用的电力变换装置的变频器，将朝着节约能源，降低对电网的污染和对环境的辐射干扰，延长电机使用寿命的绿色化方向发展。
1.4 论文研究的主要内容
本课题研究永磁同步电机矢量控制，首先给出了矢量控制中用到的坐标变换以及本文所设计系统的原理图，其次建立永磁同步电机的数学模型，给出了本驱动器中采用的电压空间矢量脉宽调制(简称SVPWM)方法的数学模型，最后利用MATLAB仿真软件对系统进行仿真。
1．详细分析了永磁同步电机的数学模型，通过对数学模型的分析，明确了永磁同步电机的电磁约束关系，为分析永磁同步电机的运动规律和研究高性能的控制决策提供理论基础。
2．在分析数学模型的基础上，建立了永磁同步电机的矢量控制系统，论述了矢量控制的实现方法。
3．SVPWM的产生是实现矢量控制的关键，详细分析了SVPWM的原理以及实现方法。
4．对整个系统进行了仿真，在MATLAB中建立了基于SVPWM的永磁同步电机控制系统的仿真模型。
第二章永磁同步电机的矢量控制原理
2.1 永磁同步电机的内部结构和种类
1)永磁同步电机的内部结构
永磁同步电动机由定子，转子和外壳等部件组成。其中定子由定子铁心(由冲槽孔的硅钢叠压而成)、定子绕组(在铁心槽中嵌放三相绕组)构成。定子和普通感应电动机基本相同，也是采用叠片结构以减小电动机运行时的铁耗。转子通常由轴、永久磁钢及磁轭组成，其主要作用是在电动机气隙内产生足够的磁场强度，与通电后的定子绕组相互作用产生转矩以驱动自身的运转。转子铁心可以做成实心的，也可以用叠片叠压而成。转子上安装有永磁体，转子铁心上可以有电枢绕组。为了减少电动机的杂散损耗，定子绕组通常采用星形接法。【1】【2】
2)永磁同步电机的种类
永磁同步电动机分类方法较多：按工作主磁场原理方向的不同，可分为径向磁场式和轴向磁场式；按电枢绕组位置不同，可分为内转子式和外转子式；按转子上有无启动绕组，可分为无启动绕组的电动机和有启动绕组的电动机(又称为异步启动永磁同步电动机)；根据极对数的不同，永磁同步电机可分为单极和多极；根据磁通分布或反电动势波形，可分为永磁无刷直流电动机和永磁同步电动机。
永磁同步电动机中没有包含有高次谐波，涡流和磁滞损耗减少，电机效率增加。永磁同步电动机产生的转矩脉动低于永磁无刷直流电动机，主要原因是永磁同步电动机不存在相间换流时的冲击电流。【7】【10】
2.2 电机控制中用到的坐标系
交流电机的数学模型具有高阶次，多变量耦合，非线性等特征，难以直
接应用于系统的设计和控制，与直流电机单变量，自然解耦和线性的数学模型相比较，交流电机显得异常复杂。因此需要通过适当的转换，将交流电机的控制变换为类似直流电机的控制将大大简化交流电机控制的复杂程度。【12】永磁同步电机矢量控制的基本思想是把交流电机当成直流电机来控制,即模拟直流电机的控制特点进行永磁同步电机的控制。为简化感应电机模型,可将电机三相绕组电流产生的磁动势按平面矢量的叠加原理进行合成和分解,使得能够用两相正交绕组来等效实际电动机的三相绕组。由于两相绕组的正交性,变量之间的耦合大大减小。【13】
2.2.1系统中的坐标系
1)三相定子坐标系(U.V.W坐标系)
其中三相交流电机绕组轴线分别为U.V.W，彼此之间互差120度空间电角度，构成了一个U—V—W三相坐标系。空间任意一矢量在三个坐标上的投影代表了该矢量在三个绕组上的分量。
2)两相定子坐标系(α—β坐标系)
两相对称绕组通以两相对称电流也能产生旋转磁场。对于空间的任意一矢量，数学描述时习惯采用两相直角坐标系来描述，所以定义一个两相静止坐标系，即α—β坐标系，它的轴α和三相定子坐标系的A轴重合，β轴逆时针超前α轴90度空间电角度。由于α轴固定在定子A相绕组轴线上，所以α—β坐标系也是静止坐标系。
3)转子坐标系(d—q坐标系)
转子坐标系d轴位于转子磁链轴线上，q轴逆时针超前d轴90度空间电角度，该坐标系和转子一起在空间上以转子角速度旋转，故为旋转坐标系。对于同步电动机，d轴是转子磁极的轴线。
矢量控制中用到的变换有:将三相平面坐标系向两相平面直角坐标系的转换(Clarke变换)和将两相静止直角坐标系向两相旋转直角坐标系的变换(Park变换)。
2.2.2由三项平面坐标系向两相平面坐标系（Clarke 变换）
三相同步电动机的集中绕组U 、V 、W 的轴线在与转子垂直的平面分布
如上图所示，轴线依次相差120°，可将每相绕组在气隙中产生的磁势分别记为：Fu 、Fv 、Fw 。由于Fu 、Fv 、Fw 不会在轴向上产生分量，所以可以把气隙内的磁场简化为一个二维的平面场。简单起见，可以U 为α轴，由α起逆时针旋转90°作β轴，建立起二维坐标系，用此两相坐标系（αβ）产生
的磁动势来等效三相静止坐标系（uvw ）产生的磁动势.【22】【24】如图2-1
图2-1 clarke 变换
用F 来表示三相绕组所产生的总磁动势，F α,F β分别表示α，β轴上的
集中绕组所产生的磁动势，则三相绕组在气隙中产生F 可以由α，β两相绕组来等效产生，所以可得（2-1）关系式：
23[][]u u v w v w I I F F F N F F F N I I I a a b b 轾犏轾犏犏==犏犏犏犏臌犏臌
N2为两相绕组α，β的匝数，N3为三相绕组u 、v 、w 的匝数。根据上式
可以得到电流的变化矩阵：
（2-1）
311/21/2/20/22u u v v w w I I I N N I T I I I I a b 轾轾轾犏犏轾--犏犏犏犏=?犏犏犏犏-犏犏犏犏臌臌犏犏臌臌
满足功率不变的变换时，应有：
32/N N = 所以可得由U,V ,W 到αβ转换的（2-4）公式所示：
11/21/20/2/2T 轾--犏=犏-犏臌
由αβ到U ，V ，W 变换的（2-5）公式所示： 101212
轾犏-犏--犏臌 2.2.3两相静止直角坐标系向两相旋转直角坐标系变换（Park 变换） 经过Clarke 变换后的到得αβ坐标系是静止的，所表示的电流仍然是交
流电流，与直流电动机相比还有很大的差别，因此仍然需要进一步变换。
为模拟直流电动机的电枢磁动势与主磁场相互垂直，可以建立如下图所
示的dq 绕组模型。图中d,q 垂直，分别通以直流电流Id,Iq ，产生的合成磁势对绕组来说是固定的，但是如果让整个坐标系以电机的同步速ω旋转，就可以
等效为三相绕组uvw 产生的旋转磁动势，从而达到等效变换的效果。
【4】【6】 从两厢静止坐标系αβ到两相旋转坐标系的变换如图2-2所示：
（2-4） （2-5）
（2-3）
（2-2）
根据磁动势等效的原则
24d X X q i i F F N F F N i i a a b b 轾轾犏犏轾轾=犏犏犏犏臌臌犏犏臌臌 式中N4是dq 轴上绕组的匝数。满足功率不变是时应有N2=N4，所以可得
αβ坐标系向dq 坐标系变换的矩阵为：
cos sin sin cos d q i i i i a b q q q q 骣骣骣鼢?珑?鼢?珑?=鼢?珑?鼢?-珑?鼢?桫桫桫 取反变换后可以得到dq 轴坐标系向αβ坐标系转换的矩阵为：
cos sin sin cos d q i i i i a b q q q q 骣骣骣-鼢?珑?鼢?珑?=鼢?珑?鼢?珑?鼢?
桫桫桫 2.2.4永磁同步电机d —q 轴数学模型 永磁同步电机是由电磁式同步电动机发展而来，它用永磁体代替了电励
磁，从而省去了励磁线圈、滑环和电刷，而定子与电磁式同步电机基本相同。永磁同步电机在d —q 坐标系的数学模型描述如下：模型的建立基于下面的假设：
1．忽略电机铁心的饱和；
2．不计电机中的涡流和磁滞损耗：
图2-2 park 变换
（2-7）
（2-6）
（2-8）
3．电机电流为对称的三相正弦电流(即只考虑电流基波)。
在永磁同步电机中，建立固定于转子的参考坐标，取磁极轴线为d轴，顺着旋转方向超前90。电角度为q轴，以a相绕组轴线为参考轴线，d轴与参考轴之间的电角度为θ，如图2-3所示。
图2-3 永磁同步电机dq轴模型
2.3 转子磁链定向矢量控制理论
矢量控制的基本概念
1971年，德国学者Blaschke和Hasse提出了交流电动机的矢量控制(Transvector contr01)理论，它是电动机控制理论的第一次质的飞跃，解决了交流电机的调速问题，使得交流电机的控制跟直流电机控制一样的方便可行，并且可以获得与直流调速系统相媲美的动态功能。其基本思想是在普通的三相交流电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，将电流矢量分解成为产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量，并使得两个分量互相垂直，彼此独立，然后分别进行调节。【15】【19】交流电机的矢量控制使转矩和磁通的控制实现解耦。所谓解耦指的是控制转矩时不影响磁通的大小，控制磁通时不影响转矩。这样交流电动机的转矩控制，从原理和特性上就和直流电动机相似了。因此矢量控制的关键仍是对电流矢量的幅值和空间位置(频率和相位)的控制。
矢量控制是通过对两个电流分量的分别控制实现的。根据电机方程所确
定的电磁关系，一定的转矩和转速对应于一定的id 和iq ，通过对这两个电流的控制，跟踪相应的给定值，便实现了对电机转矩和转速的控制。而且由于位于d ，q 轴的电流分量相互正交，使对转矩的控制和对磁场的控制实现了
解耦，因此便于实现各种先进的控制策略。
【12】【15】【25】 对于永磁同步电机，转子磁通位置与转子机械位置相同，这样通过检测
转子实际位置就可以得知电机转子磁链位置，从而使永磁同步电机的矢量控制比起异步电机的矢量控制大大简化。
当id=0时，从电机端口看，永磁同步电机相当于一台他励直流电机。定
子电流中只有q 轴分量，且定子磁动势空间矢量与永磁体磁场空问矢量正交，在一定的定子电流幅值下能够输出最大的转矩。
2.4 同步电机的矢量控制
电压空间矢量PWM 技术
三相电动机由三相对称正弦交流电源供电时 (2)()
i t i t i t m m m d e u j e e dt w w p w f wf wf +=== 该式说明，当磁链幅值一定时,U 的大小ω与成正比，或者说供电电压
与频率成正比，其方向是磁链轨迹方向的切线方向。当磁链矢量在空间旋转一周时，电压矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动2π弧度，其运动轨迹与磁链圆重合。这样，电动机旋转磁场的形状问题就可转化为电压空间矢量运动轨迹的形状问题来讨论。
电压空间矢量是按照电压所加在绕组的空间位置来定义的。经典的SPWM 控制目的是使逆变器的输出电压尽量接近正弦波，而电流波形会受到负载电路参数的影响，并且电压利用率较低。为此提出了电压空间矢量PWM(SVPWM)技术。SVPWM 也称作磁链轨迹法，从原理上讲，把电动机与PWM 逆变器看作一体，着眼于如何使电机获得幅值恒定的圆形磁场，当电机通以三相对称正弦电压时，交流电机内产生圆形磁链，SVPWM 以此圆形磁链为基准，通过逆变器功率器件的不同开关模式产生有效电压矢量来逼（2-7）
近基准圆，即用多边形来逼近圆形。【23】【24】
SVPWM法则由三相逆变器不同的开关模式所产生的实际磁链矢量去逼近基准磁链圆，并由它们比较的结果决定逆变器的开关状态，形成PWM波形。该控制方法具有开关损耗小、电机转矩脉动低、电流波形畸变小、直流电压利用率提高的优点。SVPWM采用id=0的转子磁链定向控制后，此时电动机转矩和电流iq呈线性关系，只要对iq进行控制就可以达到控制转矩的目的。并且，在表面式永磁同步电机中，保持id=0可以保证用最小的电流幅值得到最大的输出转矩。因此只要能准确地检测出转子位置(d轴)，使三相定子电流的合成电流矢量位于q轴上，那么，只要控制定子电流的幅值，就能很好地控制电磁转矩，这和直流电动机的控制原理类似。
本控制系统采用的是令id=0，此时转矩和iq成线性关系，只要控制iq 即可达到对转矩的控制，其矢量控制仿真结构图如下：
图2-4 矢量控制同步电机结构图
矢量控制的目的是为了改善转矩控制性能，而最终实施仍然是落实到对定子电流(交流量)的控制上。由于在定子侧的各个物理量，包括电压、电流、
电动势、磁动势等等，都是交流量，其空间矢量在空间以同步转速旋转，调节、控制和计算都不是很方便。
因此，需要借助于坐标变换，使得各个物理量从静止坐标系转换到同步旋转坐标系，然后，站在同步旋转坐标系上进行观察，电动机的各个空间矢量都变成了静止矢量，在同步坐标系上的各个空间矢量就都变成了直流量，可以根据转矩公式的几种形式，找到转矩和被控矢量的各个分量之间的关系，实时的计算出转矩控制所需要的被控矢量的各个分量值，即直流给定量。按照这些给定量进行实时控制，就可以达到直流电动机的控制性能。由于这些直流给定量在物理上是不存在的，是虚构的，因此，还必须再经过坐标的逆变换过程，从旋转坐标系回到静止坐标系，把上述的直流给定量变换成实际的交流给定量，在三相定子坐标系上对交流量进行控制，使其实际值等于给定值。【17】【22】
第三章PMSM控制系统的MATLAB仿真
3.1 MATLAB动态仿真工具SlMULINK简介
MATLAB是由Math Works公司开发的一种主要用于数值计算及可视化图形处理的高科技计算语言。它将数值分析、矩阵计算、图形处理和仿真等诸多强大功能集成在一个极易使用的交互式环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的许多科学提供了一种高效率的编程工具，集科学计算、自动控制、信号处理、神经网络、图像处理等于一体。【4】【13】在MATLAB中，SIMULINK是一个比较特别的工具箱，它具有两个显著的功能：SMU(仿真)与LINK(链接)，是实现动态系统建模、仿真的～个集成环境。它支持连续、离散或两者混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采样速率的多速率系统。SIMULINK为用户提供了用方框图进行建模的图形接口，具有直观、方便、灵活的优点[13][21]
利用MAT—LAB／Simulink进行系统的辅助设计，在可以做出实际系统之前，预先对系统进行仿真和分析，并可以做适当的实时修正，增强系统的性能，减少系统反修改的时间，实现有效开发系统的目的。在Simulink library brower中列出了各模块的目录，其中主要模块有Source源模块，Sink显示和输出模块，Continuous连续性函数模块，Nonlinear非线性函数模块，Signal Systems信号系统函数模块等口。
3.2 永磁同步电机仿真模型的建立
为建立永磁同步电机矢量控制的系统仿真模型，首先需要一个比较准确反映电机特性的电机模型。在SIMULINK中己经提供了一个永磁同步电机的仿真模块，它封装了电机的主要电压方程和机械方程。【7】【10】在本仿真系统里，使用的是MATLAB／SIMULINK提供的永磁同步电动机模型。
3.2.1逆变器
典型的三相逆变器一交流电动机调速系统的结构所示，SVPWM控制的主电路是VT1到VT6六个功率晶体管IGBT组成的三相逆变器。VT1一vT6六个功率晶体管分别由PWM1—PWM6信号控制。当同一桥臂的上IGBT处于导通时，下一IGBT处于关闭状态。
图3-1 逆变器
如把上桥臂器件导通用数字1表示，下桥臂器件导通用数字0表示，a，b，c分别代表3个桥臂的开关状态。根据三组桥臂的通断，则共有8个可能的开关状,则上述8种工作状态若用abc的组合可表示为000、001、010、011、100、101、110、111共八种开关模拟状态。其中下桥臂全部导通000或上桥臂全部导通111状态表示电机三相同时接到电源的正极或负极，电机的端电压实际为零，所以这种开关状态称为零状态[23][24].即可以产生六个有效向量U1(001)，U2(010)，U3(011)，U4(100)，U5(101)，U6(110)(也称6个基本空间矢量)和两个零矢U0(000)，U111)，逆变器每个开关状态产生一个电压开关矢，空间电压矢量如下图：
对于任意空间合成向量是由相邻的两个基本空间矢量各自所占的时间
来确定，如下例子中位于第一扇区Uout 大小和角度由U4和U6这两个先后出现的矢量及零矢量各自所占的时间来确定：
446600out U T U T U T T =++? 同时将Uout 分解为αβ平面上的两个空间矢量U α和U β，并考虑到功率
不变条件下坐标变换虽然有变换前后两个系统功率不变的优点，但由于三相系统与二相系统的绕组匝数不等，应用空间矢量计算应把它再各相坐标轴上
即可得到
644666cos 60sin 60T U T U T T U T a b °°=+= 可推导得到
46/2/dc T U T Udc T T U a b b ÷÷=-÷÷÷= SVPWM 调制模式采用连续开关调制模式。每次切换开关状态时，只切换
图3-2 空间电压矢量图
（3-1）
（3-2） （3-3）
一个功率开关器件，以减少开关损耗。它由3段零矢量和4段相邻的两个非零矢量组成，3段零矢量分别位于PWM 波的开始，中间和结尾。开关顺序为：U0(000)，U4(100)，U6(110)，U7(111)，U6(110)，U4(100)，U0(000)。作用时间依次为：T0／4，T4／2，T6／2，T0／2，T6／2，T4／2，T0／4。
上述方法可推广到其它5个扇区
图3-3 电压合成矢量在第Ⅲ扇区分解图
可以推导出三相逆变器输出地线电压矢量与开关状态a,b,c 的关系为：
110011101AB BC DC CA U a U U b U c 骣骣骣-鼢?珑?鼢?珑?鼢?珑?鼢?珑?=-鼢?珑?鼢?珑?鼢?珑?鼢?--鼢?
珑?桫桫桫 三相逆变器输出地相电压矢量与开关状态的a,b,c 的关系如下所示：
21111213112AO BO DC CO U a U U b U c 骣骣骣--鼢?珑?鼢?珑?鼢?珑?鼢?珑?=--鼢?珑?鼢?珑?鼢?珑?鼢?--鼢?
珑?桫桫桫 根据以上两式可得下表3-1：
（3-4） （3-5）
表3-1开关状态和相电压和线电压的关系
关于1.5KW永磁同步电机控制器的初步方案 基于永磁同步电机自身的结构特点，要实现对转速及位置的伺服控制，采用矢量控制算法结合SVPWM技术实现对电机的精确控制，通过改变电机定子电压频率即可实现调速，为防止失步，采用自控方式，利用转子位置检测信号控制逆变器输出电流频率，同时转子位置检测信号作为同步电机的启动以及实现位置伺服功能的组成部分。 矢量控制的基本思想是在三相永磁同步电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，将电流矢量分量分解成产生磁通的励磁电流分量id和产生转矩的转矩电流iq分量，并使两分量互相垂直，彼此独立。当给定Id=0，这时根据电机的转矩公式可以得到转矩与主磁通和iq乘积成正比。由于给定Id=0，那么主磁通就基本恒定，这样只要调节电流转矩分量iq就可以像控制直流电动机一样控制永磁同步电机。 根据这一思想，初步设想系统的主要组成部分为：主控制板部分，电源及驱动板部分，输入输出部分。 其中主控制板部分即DSP板，根据控制指令和位置速度传感器以及采集的电压电流信号进行运算，并输出用于控制逆变器部分的控制信号。 电源和驱动板部分主要负责给各个部分供电，并提供给逆变器部分相应的驱动信号，以及将控制信号与主回路的高压部分隔离开。 输入输出部分用来输入控制量，显示实时信息等。
原理框图如下： 基本控制过程：速度给定信号与检测到的转子信号相比较，经过速度控制器的调节，产生定子电流转矩分量Isq_ref，用这个电流量作为电流控制器的给定信号。励磁分量Isd_ref由外部给定，当励磁分量为零时，从电机端口看，永磁同步电机相当于一台他励直流电机，磁通基本恒定，简化了控制问题。另一端通过电流采样得到三相定子电流，经过Clarke变换将其变为α-β两相静止坐标系下的电流，再通过park变换将其变为d-q两相旋转坐标系下电流Isq，Isd，分别与两个调节器的参考值比较，经过控制器调节后变为电压信号Vsd_ref 和Vsq_ref，再经过park逆变换，得到Vsa_ref和Vsb_ref作为SVPWM
2.5异步电机基于磁场定向的矢量控制系统仿真 学号：S16085207020 姓名：李端凯 图1 矢量控制仿真模型整体结构图 图2 id*求解模块 图3 iq*求解模块
图4 DQ到ABC坐标转换模块 图5 求解转子磁链角模块 图6-1 ABC到DQ坐标转换模块 在这一部分转换中包含两种变换——3/2变换和旋转变换。在交流电动机中三相对称绕组通以三相对称电流可以在电动机气隙中产生空间旋转的磁场，在功率不变的条件下，按磁动势相等的原则，三相对称绕组产生的空间旋转磁场可以用两相对称绕组来等效，三相静止坐标系和两相静止坐标系的变换则建立了磁动势不变情况下，三相绕组和两相绕组电压、电流和磁动势之间的关系。图1绘出了ABC 和αβ两个坐标系中的磁动势矢量，按照磁动势相等的等效原则，三相合成磁动势与两相合成磁动势相等，故两套绕组磁动势在α、β轴上的投影都应相等，于是得：
()233332333cos60cos6011 ()22 sin 60sin 602a b c a b c b c b c N i N i N i N i N i i i N i N i N i N i i αβ=--=--=-=+ 写成矩阵形式： 图6-2 ABC 和αβ两个坐标系中的磁动势矢量 111220a b c i i i i i αβ???-- ?????=??????????? 再就是旋转变换，两相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换(简称2s/2r 变换)，两相静止绕组，通以两相平衡交流电流，产生旋转磁动势。如果令两相绕组转起来，且旋转角速度等于合成磁动势的旋转角速度,则两相绕组通以直流电流就产生空间旋转磁动势。从两相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换,称为两相旋转－两相静止变换，简称2s/2r 变换。其变换关系为: cos sin sin cos d q i i i i αβφφφφ-??????=???????????? 由此整理得到： 111cos sin 22sin cos 0a d b q c i i i i i φφφφ????-- ????????=?????-?????????? 同理可得：DQ 到ABC 坐标转换则是其逆变换。 图7 求解磁链模块
第2章永磁同步电机结构及控制方法 2.1 永磁同步电机概述 永磁同步电动机的运行原理与电励磁同步电动机相同，但它以永磁体提供的磁通替代后的励磁绕组励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，省去了励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。因而它是近年来研究得较多并在各个领域中得到越来越广泛应用的一种电动机。 永磁同步电动机分类方法比较多：按工作主磁场方向的不同，可分为径向磁场式和轴向磁场式；按电枢绕组位置的不同，可分为内转子式(常规式)和外转子式；按转子上有无起绕组，可分为无起动绕组的电动机(用于变频器供电的场合，利用频率的逐步升高而起动，并随着频率的改变而调节转速，常称为调速永磁同步电动机)和有起动绕组的电动机(既可用于调速运行又可在某以频率和电压下利用起动绕组所产生的异步转矩起动，常称为异步起动永磁同步电动机)；按供电电流波形的不同，可分为矩形波永磁同步电动机和正弦波永磁同步电动机(简称永磁同步电动机)。异步起动永磁同步电动机用于频率可调的传动系统时，形成一台具有阻尼(起动)绕组的调速永磁同步电动机。 永磁同步伺服电动机的定子与绕组式同步电动机的定子基本相同。但根据转子结构可分为凸极式和嵌入式两类。凸极式转子是将永磁铁安装在转子轴的表面，如图 2-1(a)。因为永磁材料的磁导率十分接近空气的磁导率，所以在交轴(q 轴)、直轴(d 轴)上的电感基本相同。嵌入式转子则是将永磁铁安装在转子轴的内部，如图 2-1(b)，因此交轴的电感大于直轴的电感。并且，除了电磁转矩外，还有磁阻转矩存在。 为了使永磁同步伺服电动机具有正弦波感应电动势波形，其转子磁钢形状呈抛物线状，其气隙中产生的磁通密度尽量呈正弦分布；定子电枢绕组采用短距分布式绕组，能最大限度地消除谐波磁动势。永磁体转子产生恒定的电磁场。当定子通以三相对称的正弦波交流电时，则产生旋转的磁场。两种磁场相互作用产生电磁力，推动转子旋转。如果能改变定子三相电源的频率和相位，就可以改变转子的转速和位置。
河南科技大学 2009 届本科毕业论文 论文题目：基于单片机的直流电机调速系统设计 学生姓名： 所在院系：信息工程学院 所学专业：计算机科学与技术 导师姓名： 完成时间：2009-05-22
摘要 本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外，本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。另外，本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D 转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。 关键词：PWM信号，测速发电机，PI运算 1
The Design of Direct Current Motor speed Regulation System Based On SCM Chenli School of Information and Engineering Abstract This article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using MCS-51 single-chip computer to control the speed of a D.C. motor. It also clarifies the principles of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal. In addition, IR2110 has been used as an actuating device of the power amplifier circuit which controls the speed of rotation o f D.C. motor. What’s more, tachogenerator is used in this system to measure the speed of D.C. motor. The result of the measurement is sent to A/D converter after passing the filtering circuit, and finally the feedback single is stored in the single-chip computer and participates in a PI calculation. As for the software, this article introduces in detail the idea of the programming and how to make it. Key words:PWM signal，tachogenerator，PI calculation 2
目录 1引言 (1) 1.1 交流电机调速系统发展的现状 (1) 1.2 矢量控制的现状 (1) 1.3 课题的研究背景及意义 (2) 1.4 本课题的主要内容 (2) 2 矢量控制的基本原理 (4) 2.1 坐标变换的基本思路 (4) 2.2 矢量控制坐标变换 (5) 2.3 矢量控制系统结构 (8) 3 转子磁链定向的矢量控制方程及解耦控制 (10) 4 转速、磁链闭环控制的矢量控制系统 (13) 4.1 带磁链除法环节的直接矢量控制系统 (13) 4.2 带转矩内环的直接矢量控制系统 (13) 5 控制系统的设计与仿真 (15) 5.1 矢量控制系统的设计 (15) 5.2 异步电动机的重要子模块模型 (16) 5.3 系统仿真结果和分析 (18) 6 结论 (21) 参考文献 (22) 致谢.............................................................................................. 错误！未定义书签。
1引言 1.1 交流电机调速系统发展的现状 在当今用电系统中，电动机作为主要的动力设备而广泛地应用于工农业生产、防、科技及社会生活的方方面面[1] [2] [3] [4]。电动机负荷约占总发电量的60％～70％，成为电量最多的电气设备。根据采用的电流制式不同，电动机分为直流电动机和交电动机两大类，交流电动机分为同步电动机和异步电动机两种。电动机作为把能转换为机械能的主要设备，在实际的应用中，一是要使电动机具有较高的机能量转换效率：二是要根据生产机械的工艺要求控制并调节电动机的转速。电动的调速性能直接影响着产品质量、劳动生产效率和节电性能。 但是直到20世纪70年代，凡是要求调速范围广、速度控制精度高和动态响性能好的场合，几乎全都采用直流电动机调速系统。其原因主要是：(1)不论异步电动机还是同步电动机，唯有改变定子供电频率调速是最为方便的，而且以获得优异的调速特性。但大容量的变频电源却在长时期内没有得到很好的解；(2)异步电动机和直流电动机不同，它只有一个供电回路—定子绕阻，致其速度控制比较困难，不像直流电动机那样通过控制电枢电压或控制励磁电流可方便地控制电动机的转速。但交流电机，特别是笼式异步电动机，拥有结构单、坚固耐用、价格便宜且不需要经常维修等优点，正是这些突出的优点使得气工程师们没有放弃对电力牵引交流传动技术的探索和发展。进入20世纪70代，由于电力电子器件制造技术和微电子技术的突破和发展，先进的控制理论矢量控制、直接转矩控制等具有高动态控制性能的新技术开始被采用，使得交传动进入一个崭新的阶段。 交流电动机的诞生已有一百多年的历史，时至今日已经研制出了形式、用途容量等各种不同的品种。交流电动机分为同步电动机和异步电动机两大类。同电动机的转子转速与定子电流的频率保持严格不变的关系：异步电动机则不保这种关系。其中交流异步电动机拥有量最多，提供给工业生产的电量多半是通交流电动机加以利用的。据统计，交流电动机用电量约占电机总用电量的85％。 1.2 矢量控制的现状 自20世纪70年代，德国西门子公司的EBlasehke提出了“磁场定向控制的理论”和美国的PC．Custmna与A．AQark申请了专利“感应电机定子电压的坐标交换控
关于电机的毕业设计 【篇一：电机设计毕业论文】 目录 摘 要 ....................................................................................................... .. (1) abstract ............................................................................................. . (1) 第一章中小型电机设计概 述 ....................................................................................................... . (2) 1.1设计技术要 求 ....................................................................................................... .. (2) 1.2电机主要尺 寸 ....................................................................................................... .. (2) 1.3 绕组构及成原 理 ....................................................................................................... (4) 1.4主磁 路 ....................................................................................................... .. (4) 1.5电 抗 ....................................................................................................... (6) 1.6损耗与效 率 ....................................................................................................... (7) 1.7通风散 热 ....................................................................................................... . (7) 第二章三相异步电动机设计（y180l- 6/15kw） (9)
永磁同步电机矢量控制 1 引言 永磁同步电机(PMSM)体积小，重量轻，转子无发热问题，具有损耗低、电气时间常数小、响应快等特点，因此在高控制精度与高可靠性等方面显示出优越的性能，永磁同步电动机调速系统正在成为近代交流调速领域中研究的一个热门课题。 2 基本原理 (1) PMSM 的数学模型 dq0 坐标系中，永磁同步电动机的基本电压方程通常可以表示为 d s d d q q s q q d u R i p u R i p ψωψψωψ=+-=++ 式中u d ，u q 为定子电压的直、交轴分量；R s 为定子绕组电阻；p 为微分算子；ω为电动机转子角频率。 定子磁链方程为 d d d f q q q L i l i ψψψ=+= 式中ψd ，ψq 为转子坐标系下直、交轴磁链；L d ，L q 为PMSM 的直轴、交轴电感；i d ，i q 为定子电流的直、交轴分量；ψf 为转子磁钢在定子上的耦合磁链。 永磁同步电机的转矩方程为 ()()33 22 e m d q q q m f q d q d q T p i i p i L L i i ψψψ??= -=+-?? 式中p m 为永磁同步电机的极对数。 (2) PMSM 的转子磁场定向控制策略 PMSM 的电磁转矩基本上取决于定子交轴分量和直轴电流分量，在矢量控制下，采用按转子磁链定向(i d =0)控制策略，使定子电流矢量位于q 轴，而无d 轴分量，既定子电流全部用来产生转矩，此时，PMSM 的电压方程可写为： d q q s q q d u u R i p ωψψωψ==++ 电磁转矩方程为： 3 2 e m f q T p i ψ= 此种控制方式最为简单，只要准确地检测出转子空间位置(d 轴)，通过控制逆变器使三相定子的合成电流(磁动势)位于q 轴上，那么，PMSM 的电磁转矩只与定子电流的幅值成正比，即控制定子电流的幅值就能很好地控制电磁转矩，此时PMSM 的控制就类似于直流电机的控制。图1给出PMSM 调速控制系统原理框图。
目录 摘要 (1) ABSTRACT (1) 第一章中小型电机设计概述 (2) 1.1设计技术要求 (2) 1.2电机主要尺寸 (2) 1.3绕组构及成原理 (4) 1.4主磁路 (4) 1.5电抗 (6) 1.6损耗与效率 (7) 1.7通风散热 (7) 第二章三相异步电动机设计（Y180L-6/15KW） (9) 2.1电机主要尺寸及绕组设计 (9) 2.2电磁计算步骤与程序 (9) 第三章电机优化设计方案 (28) 3.1相关理论分析 (28) 3.2电磁调整方案 (28) 第四章 AUTOCAD简介及其绘图 (30) 4.1A UTO CAD简介 (30) 4.2A UTO CAD的基本功能 (30) 4.3A UTO CAD绘图 (31) 总结 (32) 参考文献： (32) 附录（Ⅰ）外文资料原文及译文 (34) 附录（Ⅱ）三设计方案结果 (39)
三相鼠笼式异步电动机设计（Y180L-6 ／15kW）专业：电气工程极其自动化学号：02131107 学生姓名：刘常洲指导老师：肖倩华 摘要 异步电机是工农业生产中应用最广泛的电机。其性能的提高具有重要意义。在文章中简要介绍了异步电机设计的基础知识，阐述了中小型电机的设计方法与步骤，介绍了电磁设计的步骤与计算程序，也述及电机的优化设计。 电磁设计是根据设计技术要求确定电机的电磁负荷，计算转子、定子冲片和铁心各部分尺寸及绕组数据，进而核算电机各项参数及性能，并对设计数据做必要的调整，直到达到设计要求。本文也简单介绍了AutoCAD 绘图的基础知识。 关键词：异步电机电磁计算 The design of the Three-phase squirrel cage induction motor （Y180L-6 ／15kW） Abstract The induction motor is the most widespread electrical machinery in the industry and agriculture production . Its performance enhancement has the vital significance. In this article , the elementary knowledge of the induction motor designs is Briefly introduced, the method and the step of the middle and small scale electrical machinery design is also elaborated, the electromagnetism design step and the design computational procedure is introduced, the optimized design of the electrical machinery is also mentioned. The electromagnetism design is according to the specification of designs to determine the electromagnetism load, calculates each part of sizes of the rotor、 the stator piece and iron core and the winding data, then calculates each parameter and the performance of the electrical machinery, and to make the essential adjustment to the designs data, until meets the design requirements. AutoCAD cartography elementary knowledge is also simply introduced in this article. Keywords：induction motor electromagnetism computation
异步电动机矢量控制系统仿真 1.异步电机矢量控制系统的原理及其仿真 1.1 异步电动机矢量控制原理 异步电机矢量变换控制系统和直接转矩控制系统都是目前已经获得使用的高性能异步电机调速系统，对比直接转矩控制系统，矢量变换系统有可以连续控制，调速范围宽的优点，因此矢量变换控制系统为现代交流调速的重要方向之一。 本文采用的是转子磁场间接定向电流控制型交流异步电机矢量控制系统[1]，如图1所示。 图1矢量变换控制系统仿真原理图 如果把转子磁链方向按空间旋转坐标系的M轴方向定向，则可得到按转子磁场方式定向下的三相鼠笼式异步电动机的矢量控制方程。 （1） （2） （3） （4）
（5） 上列各式中，是转子励磁电流参考值；是转差角频率给定值；是定子电流的励磁分量；是定子电流的转矩分量；是定子频率输入角频率； 是转子速度；是转子磁场定向角度；是转子时间常数；和分别是电机互感和转子自感。 图4所示控制系统中给定转速和实际电机转速相比较，误差信号送入转速调节器，经转速调节器作用产生给定转矩信号，电机的激磁电流给定信号根据电机实际转速由弱磁控制单元产生，再利用式（1）产生定子电流激磁分量给定信号，定子电流转矩分量给定信号则根据式（2）所示的电机电磁转矩表达式生成。、和转子时间常数Lr一起产生转差频率信号，和ωr相加生成转子磁场频率给定信号，对积分则得到转子磁场空间角度给定信号。和经坐标旋转和2/3相变换产生定子三相电流给定信号、和，和定子三相电流实测信号、和相比较，由滞环控制器产生逆变器所需的三相PWM信号。 1.2 异步电机转差型矢量控制系统建模 在MATLAB/SIMULINK环境下利用电气系统模块库中的元件搭建交流异步电机转差型矢量控制系统[2]，电流控制变频模型如图2所示。 图2 电流控制变频模型图 整个仿真图由电气系统模块库中的元件搭建组成，元件的直观连接和实际的主电路相像似，其中主要包括：速度给定环节，PI速度调节器、坐标变换模块、
v .. . .. 目录 摘要 (1) ABSTRACT (1) 第一章中小型电机设计概述 (2) 1.1设计技术要求 (2) 1.2电机主要尺寸 (2) 1.3绕组构及成原理 (4) 1.4主磁路 (4) 1.5电抗 (6) 1.6损耗与效率 (7) 1.7通风散热 (7) 第二章三相异步电动机设计（Y180L-6/15KW） (9) 2.1电机主要尺寸及绕组设计 (9) 2.2电磁计算步骤与程序 (9) 第三章电机优化设计方案 (29) 3.1相关理论分析 (29) 3.2电磁调整方案 (29) 第四章AUTOCAD简介及其绘图 (31) 4.1A UTO CAD简介 (31) 4.2A UTO CAD的基本功能 (31) 4.3A UTO CAD绘图 (32) 总结 (33) 参考文献： (33) 附录（Ⅰ）外文资料原文及译文 (35) 附录（Ⅱ）三设计方案结果 (40)
三相鼠笼式异步电动机设计（Y180L-6 ／15kW）专业：电气工程极其自动化学号：02131107 学生：常洲指导老师：肖倩华 摘要 异步电机是工农业生产中应用最广泛的电机。其性能的提高具有重要意义。在文章中简要介绍了异步电机设计的基础知识，阐述了中小型电机的设计方法与步骤，介绍了电磁设计的步骤与计算程序，也述及电机的优化设计。 电磁设计是根据设计技术要求确定电机的电磁负荷，计算转子、定子冲片和铁心各部分尺寸及绕组数据，进而核算电机各项参数及性能，并对设计数据做必要的调整，直到达到设计要求。本文也简单介绍了AutoCAD 绘图的基础知识。 关键词：异步电机电磁计算 The design of the Three-phase squirrel cage induction motor （Y180L-6 ／15kW） Abstract The induction motor is the most widespread electrical machinery in the industry and agriculture production . Its performance enhancement has the vital significance. In this article , the elementary knowledge of the induction motor designs is Briefly introduced, the method and the step of the middle and small scale electrical machinery design is also elaborated, the electromagnetism design step and the design computational procedure is introduced, the optimized design of the electrical machinery is also mentioned. The electromagnetism design is according to the specification of designs to determine the electromagnetism load, calculates each part of sizes of the rotor、the stator piece and iron core and the winding data, then calculates each parameter and the performance of the electrical machinery, and to make the essential adjustment to the designs data, until meets the design requirements. AutoCAD cartography elementary knowledge is also simply introduced in this article. Keywords：induction motor electromagnetism computation
《运动控制系统》课程设计学院： 班级： 姓名： 学号： 日期： 成绩：
感应电机矢量控制系统的仿真 摘要：本文先分析了异步电机的数学模型和坐标变换以及矢量控制基本原理，然后利用Matlab /Simulink软件进行感应电机的矢量控制系统的仿真。采用模块化的思想分别建立了交流异步电机模块、逆变器模块、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链观测器模块、速度调节模块、电流滞环PWM调节器，再进行功能模块的有机整合，构成了按转子磁场定向的异步电机矢量控制系统仿真模型。仿真结果表明了该系统转速动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强，验证了交流电机矢量控制的可行性和有效性。 关键词：异步电机；坐标变换；矢量控制；Simulink仿真 一、异步电机的动态数学模 型和坐标变换 异步电机的动态数学模型是一个 高阶、非线性、强耦合的多变量系统， 异步电机的数学模型由下述电压方 程、磁链方程、转矩方程和运动方程 组成。 电压方程： 礠链方程： 转矩方程： 运动方程： 异步电机的数学模型比较复杂， 坐标变换的目的就是要简化数学模 型。异步电机数学模型是建立在三相 静止的ABC坐标系上的，如果把它变 换到两相坐标系上，由于两相坐标轴 互相垂直，两相绕组之间没有磁的耦 合，仅此一点，就会使数学模型简单 了许多。 （1）三相--两相变换（3/2变换） 在三相静止绕组A、B、C和两相 静止绕组a、b 之间的变换，或称三相 静止坐标系和两相静止坐标系间的变 换，简称 3/2 变换。 （2）两相—两相旋转变换（2s/2r变 换） 从两相静止坐标系到两相旋转坐 标系 M、T 变换称作两相—两相旋转 变换，简称 2s/2r 变换，其中 s 表 示静止，r 表示旋转。
永磁交流同步电机矢量控制理论基础 0、失量控制的理论基础是两个坐标系变换，这是每一个学习过交流调速的人应 该熟记的两种变换。介于目前市面上流行的各类书籍的这一部分总有些这里那里的问题（也就是错误）。为了自己不被误导，干脆自己推导一边，整理如下。所有的推导针对3相永磁同步电机的矢量控制。 1、永磁交流同步电机的物理模型。 首先看几张搜集的图/照片，图1~7： 现分别说明如下： a.图1~3可以看出电机定子的情况。我和大家都比较熟悉圆圈中间加个“叉” 或者“点”的定子，通过这几张图应该比较清楚地认识定子的结构了。 b.图1中留出4个抽头，其中一个应该是中线，但是，在伺服用的永磁同步 电机，只连接3根线的。 c.图2是一个模型，红蓝黄三色代表三相绕组，在定子齿槽中上下穿梭，形 成回路的。 d.定子绕线连接可以从图7很清楚地看到，从A进入开始，分别经过1（上）， 7（下），2（上），8（下），14（上），8（下），13（上），7（下），
13（上），19（下），14(上)，20（下），2（上），20（下），1（上）， 19（下）然后到X。一相绕组经过8个齿槽，占全部齿槽的1/3，每个齿 槽过两次，但每次方向是相同的。最后上上下下的方向如同图6所示。 e.三相绕组通电后，形成如同图6所示的电流分布，每相邻的6根是电流同 方向的。这样，如果把1和24像纸的里面拉，将这一长排围城一个圆， 则，1和7之间向里形成N（磁力线出）极的中心，12和13之间形成S （磁力线入）极的中心。这里，个人认为图6中的N、S分段有些错误， 中心偏移了，不知道是不是理解错误，欢迎指正，这图是我找的，不是我 画的，版权不属我：）。 f.同极磁场的分布有中心向两侧减弱的，大家都说是正弦分布，我是没分析 过，权且认同吧，如图5所示。 g.如图1同步电机的运转就是通过旋转定子磁场，转子永磁磁极与定子的磁 极是对应的N、S相吸，可以同步地运行。 h.实际电机定子槽数较多，绕线方式也有不同。旋转磁场的旋转是通过如图 6中的一个磁极6个齿槽一起向右/左侧移位 2、永磁同步电机数学模型 这才是本文的重点。学习这部分，先不要考虑电机，直接死记两种变换。 这两个变换都是定子侧的电流旋转，旋转的原则是，不论怎么变换都是其实都是一种假想的坐标系，一种变换游戏，都只有原始的三相绕线，通三相电流。 变换的目的是从中找出另外一个与电机转矩又直接关系的“状态量”——转矩电流，来控制转矩。实际矢量控制时，这一切变换都是在计算机里完成，最后又通过控制三相电流的，但此时的三相电流给定值可以保证这个“状态量”是我想要的那个数值。为什么非要变换？因为要对电机进行控制（速度控制），使电机按照你的意图运转，必须控制加到电机转子上的转矩，而转矩与三相电流之间的直接对应关系是没法直接写出来的，（如同质量与重量之间的关系，速度与位移之间的关系这么简单）。只有通过变换，才可以清楚地找出这个对应关系，其实， 图8定子静止三相到静止两图9 静止两相到旋转两相的变换
毕业论文（设计）论文题目：电机调速控制系统设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
电力拖动课程结题报告 题目：异步电机的矢量控制系统 班级：K0312417 姓名：罗开元 学号：K031241723 老师：郎建勋老师 2015年 6月 22 日
前言 异步电机的矢量控制设计及仿真在矢量控制技术出现之前，交流调速系统多为V / f 比值恒定控制方法，又常称为标量控制。采用这种方法在低速及动态（如加减速）、加减负载等情况时，系统表现出明显的缺陷，所以交流调速系统的稳定性、启动、低速时的转矩动态相应都不如直流调速系统。随着电力电子技术的发展，交流异步电机控制技术全面从标量控制转向了矢量控制，采用矢量控制的交流电机完全可以和直流电机的控制效果相媲美，甚至超过直流调速系统。 矢量变换控制(以下简称VC)技术的诞生和发展为现代交流调速技术的发展提供了理论基础。交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合的被控对象，采用了参数重构和状态重构的现代控制理论概念可以实现交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解耦，实现了将交流电动机的控制过程等效为直流电动机的控制过程。这就使得交流调速系统的动态性能得到了显著的改善和提高，从而使交流调速最终取代直流调速系统成为可能。实践证明，采用矢量控制方法的交流调速系统的优越性高于直流调速系统。矢量控制原理的出现也促进了其它控制方法的产生，如多变量解耦控制等方法。 七十年代初期，西门子公司的F .Blashke 和W .Flotor 提出了“感应电机磁场定向的控制原理”，通过矢量旋转变换和转子磁场定向，将定子电流按转子磁链空间方向分解成为励磁分量和转矩分量，这样就可以达到对交流电机的磁链和电流分别控制的目的,得到了类似于直流电机的模型,然后模拟直流电机进行控制，可以获得良好的静、动态调速性能。本文分析异步电机的数学模型及矢量控制原理的基础上, 利Matlab/Simulink 中SimPowerSystems 模块,采用模块化的思想分别建立了交流异步电机模块、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链调节器模块、速度调节模块, 再进行功能模块的有机整合, 构成了按转子磁场定向的异步 电机矢量控制系统仿真模型。仿真结果表明该系统转速动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强, 验证了交流电机矢量控制的可行性、有效性。 1.异步电机的 VC 原理 1.1 坐标变换 坐标变换的目的是将交流电动机的物理模型变换成类似直流电动机的模式，这样变换后，分析和控制交流电动机就可以大大简化。以产生同样的旋转磁动势为准则，在三相坐标 系上的定子交流电机A i 、B i 、C i ，通过3/2变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流 α i 和 β i ，再通过同步旋转变换，可以等效成同步旋转坐标系上的直流电流 d i 和q i 。如果观察 者站到铁心上与坐标系一起旋转，他所看到的就好像是一台直流电动机。 把上述等效关系用结构图的形式画出来，得到图l 。从整体上看，输人为A ，B ，C 三相电压，输出为转速ω，是一台异步电动机。从结构图内部看，经过3／2变换和按转子磁链
电动机毕业设计
一、选题的依据及意义 现在社会中，电能是使用最广泛的一种能源，在电能的生产、输送和使用等方面，作为动力设备的电机是不可缺少的一部分。电机在国家经济建设，节约能源、环保和人民生中起着十分重要的作用。发电机主要用于移动电源、风力发电、小型发电设备中；电动机在生产和交通运输中得到广泛使用，电动机主要用于驱动水泵、风机、机床、压缩机、冶金、石化、纺织、食品、造纸、建筑、矿山等机械产品上。随着科学技术的不断创新和工农业的迅猛发展，电气化与自动化水平不断提高，国民经济各部门对异步电动机的需求量日益增加，对其性能，质量，技术经济指标也相应地提出了越来越高的要求。因此，对异步电动机品种，必须适时实地做出更新与发展，以适应各个新兴工业领域不同的特殊要求，特别是对需求量最大的中小型异步电动机，在保证其质量运行，寿命长和能满足使用要求的同时，进一步节约铜、铁等材料，提高效率和功率因数，以提高其经济技术指标与降低耗电量，是具有十分重要的意义。由于Y 系列异步电动机具有体积小，重量轻，运行可靠，结构坚固耐用，外形美观等特点，具有较高的效率，有良好的节能效果，而且噪音低，寿命长，经久耐用。作为普遍用于拖动各种机械的动力设备，其用电量在总的电网的总的负荷中占有重要的一席。Y系列共有两个基本系列、十六个派生系列、九百多个规格，能满足国民经济各部门的不同需要。所以设计研究三相异步电动机意义重大。 1、现状 国外公司注重新产品开发，在电机的安全、噪声、电磁兼容等方面很重视。国外的先进水平主要体现在电机的可靠性高，寿命长，通用化程度高，电机效率不断提高，噪声低，重量轻，电机外形美观，绝缘等级采用F级和H级，而且也考虑电机制造成本的降低等国内虽有部分产品已达90年代初的国际水平，但相当部分的产品可靠性差，重量重，体积大和噪声大，综合水平只相当于80年代初期国际水平，其主要原因是制造工艺落后，关键材料的质量和品种不能满足要求，科研和设计工作没有跟上，科研投入少，新产品开发资金匮乏，企业技术创新能力较弱 1）发展派生、专用系列电机多品种派生和符合国外先进标准的电机产品。随着社会的不断前进，科技水平的不断提高，电机行业的不断发展，市场需求会不断变化，电机产品的外延和内涵也不断拓展，电机产品配套面广，它广泛地应用于能源、交通、石油、化工、冶金、矿山、建筑等各个领域，并且电机的通用性逐步向专用性方面发展，打破了过去同一类电机同时用于不性质、不同场合的局面。电机产品正向着专业性、特殊性、个性化方面发展，这也是国外企业发展的最新观点与动向。 2）电机要高效、节能我国中小型电机作为各种机械设备的动力源，其耗电总量已占全国发电量的70%左右。因此，发展中国高效电机，推广节能产品，是响应国家节能政策、实现节能降耗的重要举措。在产品开发中，以前的科学院所、企业在产品设计采用了许多办法，如采用降低起动力矩、电容补偿、阻尼槽方法来节约电能，但这些都是在频率不变的条件下来实现的。自从有了逆变器后，电源的变频变压变的更加容易，从而可以调节异步电机在最佳工作点上运行，保证出力不变的情况下，可用最大效率和功率因数代替额定效率和额定功率因
三相异步电机设计毕业论文 目录 摘要 (1) ABSTRACT (1) 第一章中小型电机设计概述 (2) 1.1设计技术要求 (2) 1.2电机主要尺寸 (2) 1.3绕组构及成原理 (4) 1.4主磁路 (4) 1.5电抗 (6) 1.6损耗与效率 (7) 1.7通风散热 (7) 第二章三相异步电动机设计（Y180L-6/15KW） (9) 2.1电机主要尺寸及绕组设计 (9) 2.2电磁计算步骤与程序 (9) 第三章电机优化设计方案 (29) 3.1相关理论分析 (29) 3.2电磁调整方案 (29) 第四章 AUTOCAD简介及其绘图 (31) 4.1A UTO CAD简介 (31) 4.2A UTO CAD的基本功能 (31) 4.3A UTO CAD绘图 (32) 总结 (33) 参考文献： (33) 附录（Ⅰ）外文资料原文及译文 (35) 附录（Ⅱ）三设计方案结果 (40)
三相鼠笼式异步电动机设计（Y180L-6 ／15kW）专业：电气工程极其自动化学号：02131107 学生：常洲指导老师：肖倩华 摘要 异步电机是工农业生产中应用最广泛的电机。其性能的提高具有重要意义。在文章中简要介绍了异步电机设计的基础知识，阐述了中小型电机的设计方法与步骤，介绍了电磁设计的步骤与计算程序，也述及电机的优化设计。 电磁设计是根据设计技术要求确定电机的电磁负荷，计算转子、定子冲片和铁心各部分尺寸及绕组数据，进而核算电机各项参数及性能，并对设计数据做必要的调整，直到达到设计要求。本文也简单介绍了AutoCAD 绘图的基础知识。 关键词：异步电机电磁计算 The design of the Three-phase squirrel cage induction motor （Y180L-6 ／15kW） Abstract The induction motor is the most widespread electrical machinery in the industry and agriculture production . Its performance enhancement has the vital significance. In this article , the elementary knowledge of the induction motor designs is Briefly introduced, the method and the step of the middle and small scale electrical machinery design is also elaborated, the electromagnetism design step and the design computational procedure is introduced, the optimized design of the electrical machinery is also mentioned. The electromagnetism design is according to the specification of designs to determine the electromagnetism load, calculates each part of sizes of the rotor、 the stator piece and iron core and the winding data, then calculates each parameter and the performance of the electrical machinery, and to make the essential adjustment to the designs data, until meets the design requirements. AutoCAD cartography elementary knowledge is also simply introduced in this article. Keywords：induction motor electromagnetism computation