逆变器_永磁同步电机调速系统仿真分析

永磁同步电动机矢量控制调速系统建模与仿真第1章引言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。

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。

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。

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。

永磁同步电机（PMSM）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Simulink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。

第2章 电压空间矢量技术的基本原理PWM 控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲序列，并通过控制电压脉冲宽度或周期以达到变频、调压及减少谐波含量的一种控制技术。

摘要本文首先简要介绍了正弦波永磁同步电动机（PMSM）的结构特点和数学模型，在此基础上阐述了永磁同步电动机矢量控制的思想和自控变频调速方法。

着重介绍了正弦波脉冲宽度调制（SPWM），电流滞环跟踪PWM（CHBPWM）和电压空间矢量PWM（SVPWM）三种控制技术，并分别给出了基于这三种变频控制技术的永磁同步电动机矢量控制双闭环调速系统的Simulink仿真模型。

应用PID控制器设计方法进行系统参数整定，并进行动态仿真分析校正，最终达到了较为理想的稳、动态性能指标。

其中着重分析了转速微分负反馈在双闭环调速系统中抑制超调、改善动态性能和增强抗扰性能的作用。

关键词：永磁同步电动机矢量控制 SPWM CHBPWM SVPWM 仿真AbstractFirstly,this paper briefly describes the structural features of Sinusoidal Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) and it’s mathematical model.Then elaborating the theory of the Vector control and the method of Controlled frequency.It presents three control technology of SPWM,CHBPWM and SVPWM.It also gives the simulation model of double closed-loop control system of PMSM.We design the parameters of PID while simulating.Finally,we achieve the ideal performances of the system.It mainly analysises funtion of controlling overshoot and improving performances of the differential negative feedback of speed.Key words:PMSM Vector Control SPWM CHBPWM SVPWM Simulation目录摘要 (I)1 引言 (1)2 永磁同步电动机的数学模型 (1)2.1 永磁同步电动机的简介 (1)2.2 矢量控制原理 (2)2.2.1 矢量控制的基本原理 (2)2.2.2 矢量控制中的坐标变换 (2)2.2.3 矢量控制的磁链定向方式 (3)2.3 永磁同步电动机在dq0坐标系下的数学模型 (3)3 同步电动机变压变频(VVVF)调速系统 (4)3.1 同步电动机变压变频调速的特点及基本类型 (4)3.2 永磁同步电动机自控变频调速系统 (5)4 永磁同步电动机矢量控制调速系统Matlab/Simulink仿真 (6)4.1 基于SPWM技术的PMSM矢量控制调速系统 (6)4.2 基于CHBPWM技术的PMSM矢量控制调速系统 (6)4.2.1 电流滞环跟踪PWM（CHBPWM）控制技术 (6)4.2.2 CHBPWM-PMSM矢量控制调速系统仿真模型 (7)4.2.3 CHBPWM-PMSM矢量控制调速系统性能分析 (9)4.3 基于SVPWM技术的PMSM矢量控制调速系统 (15)4.3.1 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术 (15)4.3.2 SVPWM-PMSM矢量控制调速系统仿真模型 (20)4.3.3 SVPWM-PMSM矢量控制调速系统性能分析 (21)4.4 本章小结 (22)5 总结与展望 (23)参考文献 (24)永磁同步电动机矢量控制调速系统Simulink仿真1 引言随着技术的飞速发展，人们的生活水平提高，各种自动化调速系统在人们生产生活中的应用不断增多，且使用环境也日益复杂，直流调速系统由于其结构复杂、制造困难、成本高等缺点日渐难以满足各种生产生活的要求。

111111111 0 前言永磁同步电机调速技术的发展得于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术、微机应用技术的最新发展成就。

电动机的驱动部分所采用的功率器件经历了几次的更新换代以后，速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT逐渐成为主流。

脉宽调制方法(PWM和SPWM)、变频技术在直流调速和交流调速系统中得到了广泛应用。

永磁同步电动机调速系统是一个多变量、强耦合的复杂系统，其动态特性极其复杂，它是由一组高阶的非线性微分方程决定的，由于控制系统控制方式的复杂性，使动态特性的变化十分繁琐。

所以，对调速系统特性的分析研究，最好好在着手实际系统之前，先利用计算机仿真，由仿真的各方面结果给实际系统的设计、调试等方面提供借鉴和参考。

利用仿真实验对永磁同步电动机调速系统进行研究，从而为实际系统的设计提供可靠的参数。

本文在仿真过程中，采用MATLAB/SIMULINK软件。

1 永磁同步电动机的数学模型1.1 永磁同步电动机的结构和工作原理永磁同步电动机本体是由定子和转子两大部分组成。

永磁同步电动机的定子指的是电动机在运行时的不动部分，主要是由硅钢冲片、三相对称同分布在它们槽中的绕组、固定铁心用的机壳以及端盖等部分组成。

其定子和异步电动机的定子结构基本相同。

空间上三相对称绕组通入时间上对称的三相电流就会产生一个空间旋转磁场，旋转磁场的同步转速0n 为060fn p，f 为定子电流频率，p 为电动机极对数。

永磁同步电动机的转子是指电动机在运行时可以转动的部分，通常由磁极铁心、永磁磁钢及磁辘等部分组成.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。

永磁同步电动机的定子与绕线式的定子基本相同。

但可根据转子结构可分为凸极式和嵌入式两类。

第一步：建立永磁同步电机变频调速系统结构框图图1 永磁同步电机变频调速系统结构框图这里请具体介绍以上各模块以及系统是如何串接的，即永磁同步电机变频调速的原理。

接下来讨论以下几点。

注意：比直流的少几项，主要考虑到用MA TLAB自带的一些模块构成伺服系统后，参数改变对某些效果并不明显。

1、启动时转速电流关系以及突加负载时两者之间的关系仿真研究图2 三相定子电流波形图图3 转速、转矩电流负载关系图简要说明：0.1秒加给定转速700r/min，电流迅速上升到达最大电流，当转速达到给定转速时，电流又下降，0.2秒又突加负载，电流上升，转速下降，随后在转速闭环调节的作用下，转速又上升到给定转速。

注：仿真结果标明，转速、电流以及负载的变化关系完全与理论情况一致。

第二步：建立永磁同步电机伺服系统结构框图图4 永磁同步电机伺服系统结构框图当调速系统确定以后，伺服系统开环增益Kh主要取决于位置调节器Kwp 1 开环增益Kh与跟随误差的关系图5 Kwp=5时系统跟随误差仿真图图6 Kwp=50时系统跟随误差仿真图图7 Kwp=500时系统跟随误差仿真图由此可见，随着开环增益变大，其跟随误差越小，成反比关系，仿真结果与理论情况完全一致。

2．开环增益Kh与稳定性的关系图8 Kwp=500时进给速度仿真图图9 Kwp=5000时进给速度仿真图由图8、9可以看出，随着开环增益变大，速度开始有些震荡，甚至不稳定。

与理论情况完全一致。

第三步平面插补运动仿真机床在加工曲面时，就是通过多轴组合运动，俗称插补运动。

这里进行两轴直线插补和圆弧插补仿真。

图10两轴插补运动时结构框图图11 直线插补仿真结果图12 圆弧插补仿真结果根据插补仿真结果可以看出，直线插补位置信号给定形式是斜坡输入信号，圆弧插补位置给定信号是简谐输入信号（正余弦信号），当其赋值不一样时，其插补结果就是椭圆。

永磁同步电机矢量控制系统仿真研究摘要：随着电力电子、电机制造技术以及新型材料的飞速发展，交流调速理论以及新型控制理论研究的不断深入，永磁交流调速系统在机电一体化、机器人、柔性制造系统等高科技领域中占据了日益重要的地位。

永磁同步电动机具有能量转换效率高、体积小，运行可靠性高、调速范围广，动、静特性好等优点，这使得永磁同步电动机技术得到了迅速发展。

PWM控制技术从最早追求电压波形正弦，到电流波形正弦，再到磁通正弦，得到了不断创新和完善。

本文是在此基础上，参照了众多学者的研究，对永磁同步电机进行了矢量控制的研究，并通过建立仿真模型，对矢量控制下永磁同步电机进行仿真，并对结果进行分析。

关键词：永磁交流调速，PWM控制技术，永磁同步电动机1 PMSM数学模型介绍精确的电机数学模型是电机控制理论得以研究与实现的基础，因此首先给出三相永磁同步电动机数学模型。

推导前作如下假设：1）定子三相绕组对称，Y型连接；2）反电动势正弦；3）铁磁部分磁路线性，即不计饱和、剩磁、涡流、磁滞损耗等影响；4）转子无阻尼绕组，永磁体没有阻尼作用；PMSM在a-b-c坐标系统中电压方程用矩阵形式表示为：（1）其中定子电枢相电阻；、、定子绕组端电压瞬时值；、、定子绕组相电流瞬时值；、、磁链瞬时值；微分算子，。

PMSM定子绕组电感系数是转子位置角的函数，其电压方程、磁链方程都是含有时变系数的微分方程组，在分析PMSM工作过程时用解析法求解时变系数方程组是比较困难的，需要采取数值法求解，不便于工业控制应用。

因此采用park变换矩阵，将PMSM数学模型变换到固定在其转子上的两相旋转坐标系d-q坐标系中，将上述含时变系数的微分方程组变换为易于求解的常系数微分方程组，这对于分析PMSM动态过程和稳态过程都是十分有意义的。

从而得到建立在dq旋转坐标中和三相静止坐标中电机模型之间具有如下关系：（2）（3）PMSM中定子绕组一般为无中线的Y型连接，固。

摘要本文首先介绍了永磁同步电机的国内外发展状况，然后介绍了永磁同步电机的结构及原理，接着建立了永磁同步电机的数学模型，并在此基础上用MATLAB 进行了仿真，最后进行了仿真及仿真结果的分析。

永磁同步电机是具有非线性、强耦合性、时变性的系统，在运行过程中会受到负载扰动等多因素影响。

以往研究永磁同步电机的做法是在硬件上搭建一个平台进行模拟，但是这样在做实验中难免会造成一些损失，而且硬件上的反馈会比较长研究周期长。

目前在国内外关于永磁同步电机调速系统的研究现状上来讲，基于MATLAB环境下仿真模型的构建下进行研究，这可极大的缩短研究周期和研究成本。

在利用MATLAB仿真模型研究永磁同步电机时，我们可以把那些扰动因数做成模拟信号给予模型，这样可以准确的定性分析实验得出结论。

关键字：永磁同步电机，空间矢量调制，MATLAB仿真，数学模型。

ABSTRACTIn the first, this paper introduces the domestic and international development status of Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM), gives a explanation about its basictheory, structure. Then it builds a mathematical model, and uses MATLAB to simulate that model.The PMSM is a nonlinear, strong-coupling and time-varying system, so in the operation process, it will be influenced by many factors such asload disturbance. Therere, it is necessary to take action when researching the control method of PMSM. The former research method is setting up a platform on hardware to perform experimensbut it is undesirable, because it often cause some loss, and the feedback cycle is longer than research cycle. As fordomestic and international current situation on the research of PMSM, it is obvious that researching under the simulation model created by MATLAB could greatly reduce the cost and cycle of researchment. When using MATLAB to build simulation model on the research of PMSM, we can transform these disturbance factors into analog signal, making a qualitative analysis to draw conclusions from them.Keywords：PMSM, SVPWM, MATLAB simulation, mathmatical model目录摘要 (I)ABSTRACT .............................................. I I 目录............................................... I II 第一章绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.1.1 研究背景 (1)1.1.2 研究的目的及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 国内研究历史及现状 (2)1.2.2 国外研究现状及趋势 (2)1.3 本文的主要内容 (3)第二章永磁同步电机调速系统的结构和数学模型 (5)2.1 引言 (5)2.2 永磁同步电机调速系统的结构 (5)2.3 永磁同步电机调速系统的数学模型 (6)2.3.1 PMSM在ABC坐标系下的磁链和电压方程 (6)坐标系下的磁链和电压方程 (8)2.3.2 PMSM在02.3.3 PMSM在dq0坐标系下的磁链和电压方程 (9)2.4 永磁同步电机的控制策略 (11)2.5 本章小节 (12)第三章永磁同步电机矢量控制及空间矢量脉宽调制 (14)3.1 引言 (14)3.2 永磁同步电动机的矢量控制 (14)3.3 空间矢量脉宽调制概念 (15)3.4 SVPWM模块的建立 (17)3.5 本章小结 (23)第四章基于Matlab的永磁同步调速系统仿真模型的建立 (24)4.1 引言 (24)4.2 MATLAB软件的介绍 (24)4.3永磁同步电机调速系统整体模型的建立 (25)4.4仿真参数调试及结果分析 (28)4.5本章小结 (29)第五章总结与展望 (30)5.1全文总结 (30)参考文献 (31)致谢 (33)第一章绪论1.1 研究背景及意义1.1.1 研究背景随着电力电子技术、微电子技术和现代电机控制理论的发展，交流调速系统逐步具备了宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能，交流调速系统应用越来越广泛。

永磁同步电机矢量控制实验总结矢量控制是交流电机的一种高性能控制技术，最早由德国学者Blaschke 提出。

其基本思想是根据坐标变换理论将交流电机两个在时间相位上正交的交流分量转换为空间上正交的两个直流分量，从而把交流电机定子电流分解成励磁分量和转矩分量两个独立的直流控制量，分别实现对电机磁通和转矩的控制，然后再通过坐标变换将两个独立的直流控制量还原为交流时变量来控制交流电机，大大提高了调速的动态性能。

随着新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电机（PMSM ）成为近年来发展较快的一种电机。

它具有气隙磁密度高、转矩脉动小、转矩/ 惯量比大的优点，与传统的异步电机相比，节能效果明显、效率高、结构轻型化、维护容易、运行稳定、可靠性高、输出转矩大，得到了越来越广泛的应用和重视，是目前交流伺服系统中的主流电机。

1 永磁同步电机的数学模型永磁同步电机模块可工作于电动机方式或发电机方式，运行方式由电机电磁转矩符号决定（为正则是电动机状态，为负则是发电机状态）。

对永磁同步电机模型作如下假设：不考虑铁心饱和，忽略端部效应；涡流损耗、磁滞损耗忽略不计；定子三相电流产生的空间磁势及永磁转子的磁通分布呈正弦波形状，忽略磁场的高次谐波；不考虑转子磁场的突极效应；永磁材料的电导率为零，永磁体的磁场恒定不变。

运用坐标变换理论，可以得到在同步旋转的两相坐标系下（d-q ）的永磁同步电机的数学模型。

电压方程为：q d d d P Ri u ωψψ-+=d q q q P Ri u ωψψ-+=定子磁链方程为：f d d d i L ψψ+=q q q i L =ψ电磁转矩方程为：)(q d d q p e i i n T ψψ-=式中：d u 、q u 、d i 、q i 、d ψ、q ψ分别为d-q 轴上的定子电压、电流和磁链分量；R 为电机定子绕组电阻；d L 和q L 分别为永磁同步电机d-q 轴上的电感；f ψ为永磁体在定子上产生的耦合磁链；ω 为d-q 坐标系的旋转角频率；e T 为电机电磁转矩；p n 为磁极对数；p 为微分算子。

毕业设计题目名称基于MATLAB/SIMULINK永磁同步电动机调速系统的建模与仿真系别电气信息工程系专业/班级电气工程及其自动化07102班学生学号指导教师（职称）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AbstractIn today’s AC s ervo system, the vector control theory and SVPWM technique make the AC motor can achieve the performance as good as DC motor when designing the AC servo system. PMSM is a nonlinear system with significant coupling. This novel method for modeling and simulink of PMSM system in Matlab is proposed. In Matlab /Simulink, the isolated blocks, such as PMSM block, coordinate transformation from d/q to a/b/c block, etc, have been modeled. The reasonability and validity have been testified by the simulate result.Key words:Matlab/Simulink; PMSM; SVPWM; simulation目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第1章绪论............................................................. - 1 - 1.1选题背景及意义...................................................... - 1 - 1.2本课题的研究现状及前景.............................................. - 1 -1.2.1相关发展....................................................... - 2 -1.2.2永磁同步电动机的运行控制方法................................... - 3 -1.2.3永磁同步电动机在现代工业中的应用............................... - 4 -1.2.4 永磁同步电动机的应用前景..................................... - 6 - 第2章永磁同步电动机系统原理.......................................... - 8 - 2.1 永磁同步电动机的基本组成............................................ - 8 -2.1.1 电动机........................................................ - 8 -2.1.2 转子位置传感器................................................ - 9 -2.1.3 逆变器........................................................ - 9 - 2.2永磁同步电动机的工作原理........................................... - 10 -2.2.1电枢反应...................................................... - 11 - 2.3 永磁同步电动机的数学模型........................................... - 14 - 第3章正弦波永磁同步电动机的调速系统.................................. - 18 -3.1正弦波永磁同步电动机的调速原理..................................... - 18 - 3.2正弦波永磁同步电动机调速系统....................................... - 20 -3.2.1主回路的组成和控制............................................ - 20 -3.2.2控制回路及系统工作原理........................................ - 23 - 第4章正弦波永磁同步电动机调速系统的建模与仿真........................ - 24 - 参考文献............................................................... - 30 - 结束语................................................................. - 31 - 致谢................................................................. - 32 -第1章绪论1.1选题背景及意义众所周知，直流电动机有优良的控制性能，其机械特性和调速特性均为平行的直线，这是各类交流电动机所没有的特性。

第1章绪论1.1 课题研究的背景1.1.1 永磁同步电机的发展状况永磁同步电机出现于 20 世纪 50 年代。

其运行原理与普通电激磁同步电机相同，但它以永磁体替代激磁绕组，使电机结构更为简单，提高了电机运行的可靠性。

随着电力电子技术和微型计算机的发展，20 世纪 70 年代，永磁同步电机开始应用于交流变频调速系统。

20 世纪 80 年代，稀土永磁材料的研制取得了突破性的进展，特别是剩磁高、矫顽力大而价格低廉的第三代新型永磁材料钕铁硼(NdFeB)的出现，极大地促进了永磁同步电机调速系统的发展。

尤其值得一提的是我国是一个稀土材料的大国，稀土储量和稀土金属的提炼都居世界首位。

随着稀土材料技术的不断发展，永磁材料的磁能积已经做的很高，价格也早就满足工业应用的需要，加上矢量控制水平的不断提高，永磁同步电动机越来越显出效率高、功率密度大、调速范围宽、脉动转矩小等高性能的优势。

使我国在稀土永磁材料和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际先进水平。

新型永磁材料在电机上的应用，不仅促进了电机结构、设计方法、制造工艺等方面的改革，而且使永磁同步电机的性能有了质的飞跃，稀土永磁同步电机正向大功率(超高速、大转矩)微型化、智能化、高性能化的方向发展，成为交流调速领域的一个重要分支[1][2]。

由于受到功率开关元件、永磁材料和驱动控制技术发展水平的制约，永磁同步电机最初都采用矩形波波形，在原理和控制方式上基本上与直流电机类似，但这种电机的转矩存在较大的波动。

为了克服这一缺点，人们在此基础上又研制出带有位置传感器、逆变器驱动的正弦波永磁同步电机，这就使得永磁同步电机有了更广阔的前景。

1.1.2 永磁同步电机控制系统的发展随着永磁同步电动机的控制技术的不断发展，各种控制技术的应用也在逐步成熟，比如SVPWM、DTC、SVM-DTC、MRAS等方法都在实际中得到应用。

然而，在实际应用中，各种控制策略都存在着一定的不足，如低速特性不够理想，过分依赖于电机的参数等等，因此，对控制策略中存在的问题进行研究就有着十分重大的意义。

燕山大学本科毕业设计（论文）终期报告课题名称：永磁同步电机SVPWM控制及仿真学院（系）：电气工程学院年级专业： 2011级自动化学生姓名：指导教师：完成日期： 2015年3月摘要永磁同步电机(PMSM)因其体积小、磁密度高、可靠性好以及对环境适应性强等诸多优点，被广泛应用于工农业生产和航空航天等领域。

而伴随着这些领域的不断发展，更高的调速精度、更大的调速范围以及更快的响应速度成为永磁同步电机调速系统的迫切要求。

本文研究永磁同步电机(PMSM)矢量控制系统。

一方面，采用空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）算法，在MATLAB/SIMULINK环境下，通过对坐标系转换、SVPWM逆变器、速度控制器等功能模块的建立与组合，构建了PMSM控制系统的速度和电流双闭环仿真模型及自适应模糊控制仿真模型。

仿真结果证明了该系统模型具有很好的静态、稳态性能。

另一方面，提出了一种自适应模糊PI控制器,将模糊控制器与PI控制器结合在一起，利用模糊逻辑控制，并把MATLAB中的Fuzzy Toolbox和SIMULINK有机结合起来，实现了PI控制器的在线自调整。

进一步完善了PI控制器的性能，提高了系统的控制精度。

仿真结果表明：该控制器达到了满意的控制效果。

关键词：永磁同步电机；空间矢量脉宽调制；PI控制；模糊控制ABSTRACTPermanent Magnet Synchronous Motors (PMSM) are widely used in industrial and agricultural production and the field of Aeronautics and Astronautics for their advantages, such as compactness ,high efficiency, reliability and adaptability to the environment. Along with the continuous development of these areas, wider speed-regulating range and faster response.Vector control of PMSM was studied in the paper. For one thing, a novel method for modeling and simulation of PMSM system in MATLAB had been proposed. In MATLAB/SIMULINK, the independent functional blocks and such as vector controller blocks, hysteresis current controller blocks and speed controller , etc., had been modeled. By the organic combination of these blocks, the double loop of control system model of PMSM could be easily established. The reasonability and validity had been testified by the simulation results. For another thing, in this paper a kind of self-adaptive fuzzy PI control system is discussed, it uses fuzzy logic controller which is combined with PI controller and the organic combination of Fuzzy Toolbox and SIMULINK that makes the self-adaptive of PI controller possible. It perfects the properties of PI controller and improves the precision of control system. The result of simulation indicated that the controller gives a good control performance.Key words: PMSM;SVPWM;PI controller;fuzzy control第一章绪论1.1本课题的研究意义及目的1.1.1本课题的研究意义永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor）是指采用永磁磁铁为转子的同步电动机。

永磁同步电机的仿真模型1、永磁同步电机介绍永磁同步电动机(permanent Magnets synchronous Motor, PMSM),转子采用永磁材料,定子为短距分布式绕组,采用三相正弦波交流电驱动,且定子感应电动势波形呈正弦波"定子绕组通过控制功率管(如IGBT)的不同开关组合,产生旋转磁场跟踪永磁转子的位置,自动地维持与转子的磁场有900的空间夹角,以产生最大的电机转矩"旋转磁场的转速则严格地由永磁转子的转速所决定,PMSM具有直流电动机的特性,有稳定的起动转矩,可以自行起动,并可类似直流电动机对电机进行闭环控制,多用于伺服系统和高性能的调速系统。

永磁同步电动机按转子形状可以分为两类:凸极式永磁同步电机和隐极式永磁同步电机。

它们的区别在于转子磁极所在的位置,凸极式永磁同步电机转子磁极是突起在轴上的,其直轴和交轴电感参数不相等"而隐极式永磁同步电机的转子磁极是内置在轴内的,直轴和交轴电感参数相等"凸极式转子具有明显的磁极,定子和转子之间的气隙是不均匀的,因此其磁路与转子的位置有关。

2、永磁同步电机的控制方法目前对永磁同步电机的控制技术主要有磁场定向矢量控制技术（field orientation control,FOC）与直接转矩控制技术（direct torque control，DTC）。

在这里我们使用磁场定向矢量控制技术来建立永磁同步电机的仿真模型。

磁场定向矢量控制技术的核心是在转子旋转坐标系中针对激磁电流id和转矩电流iq分别进行控制，并且采用的是经典的PI线性调节器，系统呈现出良好的线性特性，可以按照经典的线性控制理论进行控制系统的设计，逆变器控制采用了较成熟的SPWM、SVPWM等技术。

磁场定向矢量控制技术较成熟，动态、稳态性能较佳，所以得到了广泛的实际应用。

该方法摒弃了矢量控制中转子磁场定向的思想，采用定子磁场定向，分别对定子磁链和转矩直接进行控制。

• 26•本文介绍了由SPWM 逆变器供电的永磁同步电动机调速系统的仿真设计，系统仿真模型主电路由直流电压源、通用桥式电路及永磁同步电机模块构成，控制电路由PWM 产生器、转速调节器ASR 、电流调节器ACR 及其他辅助模块组成。

通过提取仿真模块、参数设置，搭建系统仿真模型，观察仿真波形。

1 系统原理永磁同步电机因谐波少、转矩精度高及控制相对简单等特点，常用于高性的调速系统。

永磁同步电动机由三相SPWM 逆变器供电，定子电压为正弦波，按照转子磁链定向控制方式，使i sd =0。

检测转子转速ωr 和转角θr ，计算sin θr 和cos θr 。

给定转速ω*，与实际检测的转速比较偏差，然后经转速调节器ASR 得到i *sq ，电流反馈信号i sq 由定子电流经过3s/2r （三相静止/二相旋转）变换提供，经电流调节器ACR 得到定子电压的转矩分量u *sq ，使u *sd =0，经过2r/3s （二相旋转/三相静止）变换，得到SPWM 调制的三相电压信号。

正弦波永磁同步电动机调速系统电路原理框图如图1所示。

2 模型建立在Simscape 环境下，根据系统结构原理图进行仿真建模，步骤包括：在模块浏览器中提取相应模块；设置模块参数；连接各个模永磁同步电机调速系统仿真徐州工程学院电气与控制工程学院 于 蕾 纪 雯图1 系统原理框图块组成仿真模型；设置模型仿真时间及仿真算法等；启动仿真，通过示波器观察各参数的波形并进行分析。

系统主电路由直流电压源模块、通用桥式电路模块和永磁同步电机模块组成。

直流电压源采用DC Voltage Source 模块，电压E 取300V 。

Universal Bridge 通用桥式电路模块，将桥臂数目设置为3，选择电力电子器件类型为IGBT/Diodes 。

逆变器的控制信号使用3桥臂6脉冲的PWM Generator 模块，频率设置为3000Hz 。

永磁同步电机模块有4个输入端，其中Tm 接入机械转矩信号，A 、B 、C 连接三相电压，一个输出端m 用于测量和观察电机的工作状态。