基于MATLAB的感应电机矢量控制系统的仿真

重庆大学本科学生毕业设计（论文）基于matlab 生成C代码的电机矢量控制仿真模型研究学生：曾宇航学号：20114346指导教师：余传祥副教授专业：电气工程与自动化重庆大学电气工程学院二O一五年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityGenerated C code of motor vector control simulation model research based onMATLABUndergraduate: Zeng YuhangStudent Id:20114346Supervisor:Prof Yu ChuanxiangMajor: Electrical engineering and automationSchool of Electrical EngineeringChongqing UniversityJune 2015摘要电机在国民生产中占据重要地位，而传统的电机控制开发流程相较于工业技术的发展已经相对落后，本次毕业设计便是对一种前沿、高效的电机控制系统开发流程进行论述和验证。

课题选择研究对象为三相交流异步电机并采用矢量控制系统进行控制。

首先通过MATLAB/SIMULINK对所选电机进行建模，之后对矢量控制系统进行建模。

根据实验所选用的电机进行参数配置，配合矢量控制系统的数学模型完成整个仿真模型的构建，根据仿真结果不断矫正仿真模型、优化模型结构，并确定仿真模型的最优参数配置；然后根据仿真模型的控制模块并结合控制系统的硬件电路构建控制系统的C代码生成模型，生成所需的DSP可执行C 代码，将生成的可执行代码下载到以TI系列DSP为控制核心的硬件控制系统中进行硬件实验，矫正模型参数并验证生成代码的正确性。

在整个课题进展过程中根据生成代码的运行结果多次对仿真模型进行参数修正，并同步对代码生成模型进行修正，在如此反复过程中，优化了控制系统模型，使得生成代码能够更高效的运作，最后成功的完成了整个毕业设计，验证了此电机控制系统开发流程及生产可行性代码的正确性和可行性。

基于MATLAB永磁同步电动机矢量控制系统的仿真研究永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一种应用广泛的高性能电机。

在工业领域，PMSM通常采用矢量控制方法来实现精确的速度和位置控制。

本文基于MATLAB对PMSM矢量控制系统进行仿真研究，探讨其工作原理及性能。

首先，PMSM的矢量控制系统由控制器、电机和传感器三部分组成。

其中，控制器根据电机的反馈信号和期望输出来计算电机的控制信号。

传感器用于测量电机的转速、位置和电流等参数，反馈给控制器。

通过调节控制信号，控制器可以实现电机的速度和位置控制。

在PMSM的矢量控制系统中，通常采用dq轴矢量控制方法，将三相电流转换为直流参考轴和旋转参考轴的dq坐标系，进而对电机进行控制。

其次，本文利用MATLAB软件对PMSM矢量控制系统进行了仿真实验。

首先，建立了PMSM电机的数学模型，包括电机的动态方程、反电动势方程和电流方程。

然后，在MATLAB环境中编写程序，实现电机模型的数值求解和控制算法的计算。

通过调节控制参数，可以对电机的速度和位置进行精确控制，并实时监测电机的工作状态。

在仿真实验中，通过改变电机的负载情况、工作电压和控制参数等条件，分析了PMSM矢量控制系统的性能。

实验结果表明，当负载增加时，电机的转动惯量增大，控制系统的响应时间变长，但依然可以实现精确的速度和位置控制。

当电机的工作电压增加时，电机的输出功率和转速增大，但也会产生更大的电流和损耗。

当控制参数的比例增益和积分时间常数变化时，系统的稳定性和动态性能均会受到影响，需要进行合理的调节。

总结起来，本文基于MATLAB对PMSM矢量控制系统进行了仿真研究，探讨了其控制原理和性能。

通过仿真实验，可以深入理解PMSM矢量控制系统的工作原理，优化系统的参数和性能，并为实际应用提供参考。

基于MATLAB永磁同步电动机矢量控制系统的仿真研究近年来，永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）作为一种高效率、高功率密度和高控制精度的电机，被广泛应用于工业和汽车领域。

针对永磁同步电动机的控制问题，矢量控制（Vector Control）成为了一种重要的控制策略。

本文将使用MATLAB对永磁同步电动机矢量控制系统进行仿真研究。

首先，我们需要建立永磁同步电动机的动态模型。

永磁同步电动机是一种非线性多变量系统，其数学模型可以描述为：\begin{cases}\frac{{d\theta}}{{dt}} = \Omega_m \\\frac{{d\Omega_m}}{{dt}} = \frac{1}{{J}}(T_{em} - T_{L}) \\ \frac{{di_q}}{{dt}} = \frac{1}{{L_q}}(v_q - R_s i_q -\Omega_m L_d i_d + e_f) \\\frac{{di_d}}{{dt}} = \frac{1}{{L_d}}(v_d - R_s i_d +\Omega_m L_q i_q)\end{cases}\]其中，$\theta$为转子位置，$\Omega_m$为电机机械角速度，$T_{em}$为电磁转矩，$T_{L}$为负载转矩，$i_q$和$i_d$为电流的直轴和正交轴分量，$v_q$和$v_d$为电压的直轴和正交轴分量，$R_s$为电机电阻，$L_q$和$L_d$为电机的定子轴和直轴电感，$e_f$为反电势。

接下来，我们可以使用MATLAB建立永磁同步电动机的矢量控制系统。

首先，我们需要设计控制器，其中包括速度环控制器和电流环控制器。

速度环控制器用于调节电机的机械角速度，电流环控制器用于控制电机的电流。

在速度环控制器中，我们可以选择PID控制器，其输入为速度误差，输出为电机的电压指令。

基于MATLABSimulinkSimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真一、本文概述随着电力电子技术和控制理论的快速发展，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的调速性能，在电动汽车、风力发电、机器人和工业自动化等领域得到了广泛应用。

然而，PMSM的高性能运行依赖于先进的控制系统，其中矢量控制（Vector Control, VC）是最常用的控制策略之一。

矢量控制，也称为场向量控制，其基本思想是通过坐标变换将电机的定子电流分解为与磁场方向正交的两个分量——转矩分量和励磁分量，并分别进行控制，从而实现电机的高性能运行。

这种控制策略需要对电机的动态行为和电磁关系有深入的理解，并且要求控制系统能够快速、准确地响应各种工况变化。

MATLAB/Simulink/SimPowerSystems是MathWorks公司开发的一套强大的电力系统和电机控制系统仿真工具。

通过Simulink的图形化建模环境和SimPowerSystems的电机及电力电子元件库，用户可以方便地进行电机控制系统的建模、仿真和分析。

本文旨在介绍基于MATLAB/Simulink/SimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统的建模与仿真方法。

将简要概述永磁同步电机的基本结构和运行原理，然后详细介绍矢量控制的基本原理和坐标变换方法。

接着，将通过一个具体的案例，展示如何使用Simulink和SimPowerSystems进行永磁同步电机矢量控制系统的建模和仿真，并分析仿真结果，验证控制策略的有效性。

将讨论在实际应用中可能遇到的挑战和问题，并提出相应的解决方案。

通过本文的阅读，读者可以对永磁同步电机矢量控制系统有更深入的理解，并掌握使用MATLAB/Simulink/SimPowerSystems进行电机控制系统仿真的基本方法。

《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α、β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。

图1、异步电动机的坐标变换结构图二、感应电机矢量控制原理感应电机是指定转子之间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能量转换的电机。

感应电机是异步电机的一种，异步电机主要是指感应电机。

以上所讲，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，通过坐标变换，可以使之降阶并化简，但并没有改变其非线性、多变量的本质。

中图分类号:T M351　T M341 文献标识码:A 文章编号:100126848(2007)022*******基于Matlab 的永磁同步电机矢量控制系统仿真研究龚云飞,富历新(哈尔滨工业大学机器人研究所,哈尔滨　150001)摘　要:在现代交流伺服系统中,矢量控制原理以及空间电压矢量脉宽调制(S VP WM )技术使得交流电机能够获得和直流电机相媲美的性能。

为了更好地验证基于DSP 的交流调速矢量控制系统实际设计过程中各部分输出特性的正确性并为其设计提供必要的设计参数,利用Matlab /Si m ulink 工具箱搭建了系统的仿真模型。

仿真结果符合电机实际运行特性,为实际系统的设计提供了理论依据。

关键词:永磁同步电动机;建模;仿真;空间电压矢量脉宽调制;交流调速S i m ul a ti on of P M S M Vector Con trol Syste m ba sed on M a tl abG ONG Yun 2fei,F U L i 2xin(Robot I nstitute of Harbin I nstitute of Technol ogy,Harbin 150001,China )ABSTRACT:I n t oday πs AC servo syste m ,the vect or contr ol theory and S VP WM technique make the AC mot or can achieve the perfor mance as good as DC mot or .W hen designing the AC servo syste m ,in order t o test the correctness of every part πs out puts and p r ovide the necessary design para meters f or the re 2al syste m ,we built the si m ulati on model of the whole syste m with si m ulink t oolbox in matlab .The si m u 2lati on results accord with the real mot or πs perf or mance and p r ovide the theory basis for the designing of re 2al syste m.KEY WO R D S:P MS M;Modeling,Si m ulati on;S VP WM;AC servo syste m收稿日期:2005212227修改日期:20062032211　控制原理永磁同步电机矢量控制系统基本框图如图1所示。

基于Matlab的永磁同步电机矢量控制系统仿真研究一、本文概述随着电机控制技术的快速发展，永磁同步电机（PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的调速性能，在众多工业领域得到了广泛应用。

为了充分发挥永磁同步电机的性能优势，需要对其进行精确的控制。

矢量控制作为一种先进的电机控制策略，能够实现对电机转矩和磁链的独立控制，从而提高电机的动态和稳态性能。

对基于Matlab的永磁同步电机矢量控制系统进行仿真研究，对于深入理解电机控制原理、优化控制系统设计以及推动电机控制技术的发展具有重要意义。

本文旨在通过Matlab仿真平台，构建永磁同步电机的矢量控制系统模型，并对其进行仿真分析。

文章将介绍永磁同步电机的基本结构和工作原理，为后续的控制系统设计奠定基础。

接着，将详细阐述矢量控制的基本原理和实现方法，包括坐标变换、空间矢量脉宽调制（SVPWM）等关键技术。

在此基础上，文章将构建基于Matlab的永磁同步电机矢量控制系统仿真模型，并对其进行仿真实验。

通过对仿真结果的分析，文章将评估矢量控制策略在永磁同步电机控制中的应用效果，并探讨可能的优化措施。

二、永磁同步电机的基本原理和特性永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种利用永久磁铁作为转子励磁源的同步电机。

其工作原理主要基于电磁感应定律和电磁力定律，结合现代电力电子技术和先进的控制理论，实现了对电机的高性能控制。

永磁同步电机的核心构造包括定子绕组和永磁体转子两大部分。

定子绕组与交流电源相连，通入三相对称电流后会产生旋转磁场，类似于异步电机中的定子磁场。

不同于异步电机的是，PMSM的转子上镶嵌有高性能稀土永磁材料，这些永磁体在电机运行时不需外部电源励磁，即可产生恒定的磁场。

当定子旋转磁场与转子永磁磁场相互作用时，便会在电机内部形成一个合成磁场，从而驱动转子跟随定子磁场同步旋转。

高效节能：由于取消了传统同步电机所需的励磁绕组和励磁电源，永磁电机减少了励磁损耗，效率通常能达到90以上，尤其在宽负载范围内保持较高的效率水平。

基于Matlab/Simulink异步电机矢量控制系统仿真1、Matlab仿真程序及各仿真系统工作原理首先，读懂本文献并结合相关参考文献，分析异步电机矢量控制系统机构原理。

1.1矢量控制系统分析矢量控制系统的基本思路是以产生相同的旋转磁动势为准则,将异步电动机在静止三相坐标系上的定子交流电流通过坐标变换等效成同步旋转坐标系上的直流电流,并分别加以控制,从而实现磁通和转矩的解耦控制,以达到直流电机的控制效果。

所谓矢量控制，就是通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电动机模型，在按转子磁链定向坐标系中，用直流电动机的方法控制电磁转矩与磁链,然后将转子磁链定向坐标系中的控制量经变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。

其中等效的直流电动机模型如图1所示，在三相坐标系上的定子交流电流i A、i B、i C，通过3/2变换可以等效成两相静止正交坐标系上的交流i sα和i sβ，再通过与转子磁链同步的旋转变换，可以等效成同步旋转正交坐标系上的直流电流i sm和i st。

图1矢量控制系统原理结构图其次，原理分析清楚后，利用Matlab/Simulink强大的仿真能力，建立交流异步电机控制系统的仿真模型。

由于老师所给文献篇幅有限，学生又查阅了相关文献，结合其他相关文献，将控制系统分为几个功能模块:转速调节模块、定子电流励磁分量模块、定子电流转矩分量调节模块和坐标变换模块等，将这些模块有机组合，就可在Matlab/Simulink中搭建出交流异步电机系统的仿真模型。

1.2转速（ASR）调节模型图2 转速控制模型1.3磁链(APsirR、ACMR)控制模型图3 磁链控制模型1.4转矩计算（ACTR）模型图4 转矩控制模型1.5坐标变换（2s/2r、2r/2s）模型图5 坐标变换模块模型1.6整体模型图6 整体模型2、仿真结果及分析由于学生能力有限，在按照相关文献上的程序编写后，大致模块已经建立出来，但是，在电机建模上不太清楚，不能完整的运行程序，故无法来改变参数来进行完整的仿真，希望老师能够谅解。

基于Matlab转差频率控制的矢量控制系统的仿真概述：常用的电机变频调速控制方法有电压频率协调控制(即v／F比为常数)、转差频率控制、矢量控制以及直接转矩控制等。

其中，矢量控制是目前交流电动机较先进的一种控制方式。

它又有基于转差频率控制的、无速度传感器和有速度传感器等多种矢量控制方式。

其中基于转差频率控制的矢量控制方式是在进行U ／f恒定控制的基础上，通过检测异步电动机的实际速度n，并得到对应的控制频率f，然后根据希望得到的转矩，分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位，对输出频率f进行控制的。

采用这种控制方法可以使调速系统消除动态过程中转矩电流的波动，从而在一定程度上改善了系统的静态和动态性能，同时它又具有比其它矢量控制方法简便、结构简单、控制精度高等特点。

Simulink仿真系统是Matlab最重要的组件之一，系统提供了标准的模型库，能够帮助用户在此基础上创建新的模型库，描述、模拟、评价和细化系统，从而达到系统分析的目的。

在此利用Matlab／Simulink软件构建了转差频率矢量控制的异步电机调速系统仿真模型，并对此仿真模型进行了实验分析。

矢量控制是目前交流电动机的先进控制方式，一般将含有矢量交换的交流电动机控制都称为矢量控制，实际上只有建立在等效直流电动机模型上，并按转子磁场准确定向地控制，电动机才能获得最优的动态性能。

转差频率矢量控制系统结构简单且易于实现，控制精度高，具有良好的控制性能、因此，早起的矢量控制通用变频器上采用基于转差频率控制的矢量控制方式。

基于此，本文在Mtalab/Simulink环境下对转差频率矢量控制系统进行了仿真研究。

1转差频率矢量控制系统由于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。

转差频率矢量控制是按转子磁链定向的间接矢量控制系统，不需要进行复杂的磁通检测和繁琐的坐标变换，只要在保证转子磁链大小不变的前提下，通过检测定子电流和旋转磁场角速度，通过两相同步旋转坐标系(M-T坐标系)上的数学模型运算就可以实现间接的磁场定向控制。

基于Matlab/Simulink的永磁同步电机（PMSM）矢量控制仿真高延荣，舒志兵，耿宏涛摘要在现代交流伺服系统中，矢量控制原理以及空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）技术使得交流电机能够获得和直流电机相媲美的性能。

永磁同步电机（PMSM）是一个复杂耦合的非线性系统。

本文在Matlab/Simulink环境下，通过对PMSM本体、d/q坐标系向a/b/c坐标系转换等模块的建立与组合，构建了永磁同步电机控制系统仿真模型。

仿真结果证明了该系统模型的有效性。

关键词：Matlab/Simulink，永磁同步电机，电压空间矢量脉宽调制，仿真0、引言永磁同步电机（PMSM）是采用高能永磁体为转子，具有低惯性、快响应、高功率密度、低损耗、高效率等优点，成为了高精度、微进给伺服系统的最佳执行机构之一。

永磁同步电机构成的永磁交流伺服系统已经向数字化方向发展。

因此如何建立有效的仿真模型具有十分重要的意义。

对于在Matlab中进行永磁同步电机（PMSM）建模仿真方法的研究已经受到广泛关注。

本文介绍了电压空间矢量脉宽调制原理并给出了坐标变换模块、SVPWM模块以及整个PMSM闭环矢量控制仿真模型，给出了仿真模型结构图和仿真结果。

1、电压空间矢量脉宽调制原理1.1电压空间矢量电机输入三相正弦电压的最终目的是在空间产生圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。

直接针对这个目标，把逆变器和异步电机视为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制PWM电压，这样的控制方法称为“磁链跟踪控制”，磁链的轨迹是靠电压空间矢量相加得到的，所以又称“电压空间矢量PWM控制”。

空间矢量是按电压所加绕组的空间位置来定义的。

在图1中，A、B、C分别表示在空间静止不动的电机定子三相绕组的轴线，它们在空间互差120°，三相定子相电压UA、UB、UC 分别加在三相绕组上，可以定义三个电压空间矢量UA、UB、UC，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律变化，时间相位互差120°。