永磁同步电动机功率因数的仿真分析---矢量控制系统模型【文献综述】

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。

《永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计》篇一摘要：随着科技的发展和工业自动化水平的不断提高，永磁同步电机因其高效率、高精度和良好的控制性能被广泛应用于工业领域。

本文详细探讨了永磁同步电机矢量控制系统的基本原理，深入研究了其系统设计、实现过程及其在实际应用中的表现。

通过分析永磁同步电机的工作特性，我们提出了一种先进的矢量控制策略，以优化电机控制系统的性能。

一、引言永磁同步电机（PMSM）作为现代电机技术的代表，因其结构简单、高效和可靠性高等特点，在电动汽车、工业机器人等领域得到广泛应用。

为了满足高性能应用需求，开发高效的控制系统是关键。

本文研究的重点在于矢量控制系统的设计与优化，通过这种控制系统能够更精确地控制电机的工作状态和输出。

二、永磁同步电机的工作原理与特性永磁同步电机由定子和转子两部分组成，其工作原理基于电磁感应定律和安培环路定律。

转子上的永磁体产生恒定磁场，而通过调节定子电流产生的磁场与转子磁场同步，从而驱动电机转动。

PMSM具有高效率、高转矩/质量比和高速度等特点，且能在宽广的调速范围内运行。

三、矢量控制系统的基本原理与优势矢量控制技术是现代电机控制的核心技术之一。

它通过精确控制电机的电流和电压，实现对电机转矩的精确控制。

与传统的标量控制相比，矢量控制具有更高的控制精度和更好的动态响应性能。

在永磁同步电机中应用矢量控制技术可以大大提高电机的效率和输出转矩性能。

四、永磁同步电机矢量控制系统的设计与实现本节将详细描述矢量控制系统设计的各个环节，包括硬件设计、软件算法以及整体系统架构的设计。

在硬件设计部分，包括电机的选择、驱动器的设计以及传感器配置等；在软件算法部分，将详细介绍矢量控制的算法原理和实现过程；在整体系统架构设计部分，将讨论如何将硬件与软件相结合，形成一个高效稳定的控制系统。

五、系统性能分析与优化本节将通过实验数据和仿真结果来分析系统的性能表现，并针对可能存在的问题进行优化。

我们将通过对比优化前后的系统性能指标（如响应速度、稳态误差等），来验证优化措施的有效性。

永磁同步电机矢量控制分析一、本文概述永磁同步电机（PMSM）作为一种高性能的电机类型，在现代工业、交通以及新能源等领域的应用日益广泛。

其矢量控制技术，即通过对电机电流的精确控制，实现对电机转矩和磁场的独立调节，从而实现电机的高效、稳定运行。

本文旨在全面分析永磁同步电机的矢量控制技术，包括其基本原理、控制策略、实现方法以及在实际应用中的优缺点，为相关领域的研究者和工程师提供有益的参考。

本文将对永磁同步电机的基本结构和工作原理进行简要介绍，为后续的分析奠定理论基础。

然后，将重点讨论矢量控制技术的理论基础和实现方法，包括空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术、电流环和速度环的设计与控制策略等。

在此基础上，本文将深入分析矢量控制技术在永磁同步电机中的应用，包括其在提高电机效率、优化动态性能以及提升系统稳定性等方面的作用。

本文还将对矢量控制技术在永磁同步电机应用中的挑战和前景进行探讨。

一方面，将分析当前矢量控制技术在实际应用中面临的主要问题，如参数敏感性、控制复杂度以及成本等；另一方面，将展望未来的发展趋势，如智能化、集成化以及优化算法的应用等。

本文将对永磁同步电机矢量控制技术的未来发展提出展望，以期为该领域的进一步研究和应用提供参考。

二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一种高效、高功率密度的电机，广泛应用于电动汽车、风力发电、工业自动化等领域。

其基本原理主要基于电磁感应和磁场相互作用。

PMSM的核心部件是永磁体，这些永磁体通常嵌入在电机的转子中，形成固定的磁场。

当电机通电时，定子中的电流会产生一个旋转磁场。

这个旋转磁场与转子中的永磁体磁场相互作用，使得转子开始旋转。

通过精确控制定子中的电流，可以实现对转子旋转速度、方向和扭矩的精确控制。

在PMSM中，矢量控制是一种重要的控制策略。

矢量控制通过独立控制电机的磁通和扭矩分量，实现了对电机的高效、高性能控制。

附录3 中文译文永磁同步电动机的矢量控制——综述摘要——在高性能伺服应用中，最理想的方法莫过于不使用运动状态传感器的快速精确的转矩控制。

结合直接转矩控制器的永磁同步电动机使用计划为实现这一目标提供了许多机会。

最近，已经有一些作者提出了可能实现的永磁同步电动机的直接转矩控制。

本文给出了一些概述，解释了永磁同步电动机的基本原则。

讨论了内嵌式和面贴式的拓扑结构和算法描述。

在这些控制计划需要估计定子磁链和初始转子位置。

本文也讨论了实现这些估计的技术。

本文的主要目标是对已经取得的成果给出一个大纲，同时为进一步研究确定兴趣点。

1 绪论在各种工业应用中，如工业机器人和机床，永磁同步电动机驱动器已经取代了传统的直流电机和异步电机驱动器。

永磁同步电动机的优点有高转矩/惯量比，高效率，高功率密度和高可靠性。

因为这些优势，永磁同步电动机确实在需要快速和精确转矩响应的高性能伺服驱动器中有很好的应用。

在永磁同步电动机驱动器中，电磁转矩通常是在一个固定在转子上的坐标系上来间接控制定子电流元件。

这一领域的方向创造需要一个位置传感器，从而降低了驱动器的可靠性同时增加了成本。

有人提议，异步电动机直接转矩控制作为一种替代控制方案在过去二十年非常流行。

直接转矩控制的异步电机具有作为计算固定参考系的内在的运动状态传感器。

此外，与磁场定向控制相比，采用无电流控制器和电机参数以外的定子电阻的直接转矩控制的转矩响应更快，参数依赖更低。

在90 年代末，出现了一种把直接转矩控制和永磁同步电动机的优势结合的理念应用到充满生机的驱动器中的文章。

在过去十年中，一些作者已经提出了将直接转矩控制应用到永磁同步电动机的方法。

这篇文章给出了在这个领域中的研究综述。

第三部分给出了内嵌式和面贴式的永磁同步电动机的可能实施方法。

第四节和第五节讨论了实施方法中的问题。

第六部分总结了进一步研究的发展方向。

2 永磁同步电动机直接转矩控制的原理忽略脉动转矩，永磁同步电动机的稳态电磁转矩T 可以写成:其中δ表示负载角，如图1 所示，负载角的定义是指定子磁链矢量s sψ和永磁磁链矢量f ψ之间的夹角。

永磁同步电动机矢量控制仿真1．前言随着微电子和电力电子技术的飞速发展,越来越多的交流伺服系统采用了数字信号处理器(DSP)和智能功率模块(IPM),从而实现了从模拟控制到数字控制的转变。

空间矢量PWM调制,它具有线性范围宽,高次谐波少,易于数字实现等优点,在新型的驱动器中得到了普遍应用。

永磁同步电机(PMSM)具有较高的运行效率、较高的转矩密度、转动惯量小、转矩脉动小、可高速运行等特点,在诸如高性能机床进给控制、位置控制、机器人等领域PMSM得到了广泛的应用。

近几年来,国内外学者将空间矢量脉宽调制算法应用于永磁同步电机控制中,并取得了一定的成就。

同时,永磁同步电机交流变频调速系统发展也很快,已成为调速系统的主要研究和发展对象。

数字仿真技术一直是交流调速系统分析计算的有用工具。

但随着对PMSM控制技术要求的提高,空间矢量PWM控制系统成为首选方案。

本文对其进行MATLABSIMULINK下仿真,并给出了仿真结果。

2．永磁同步电动机矢量控制原理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。

优秀论文审核通过未经允许切勿外传永磁同步电动机的矢量控制1 绪论1.1 电气伺服系统发展现状和动向自从上个世纪60年代，电气伺服系统取代了大部分的电液伺服传动系统成为伺服系统的主要形式。

按驱动装置的执行电动机类型来分,通常分为直流(DC)伺服系统和交流 (AC)伺服系统。

直流伺服系统发展早,70年代已经实用化,在各类机电一体化产品中大量使用各种结构的DC伺服电动机。

直流伺服系统控制简单,灵活实现正反转,调速范围宽,稳定性高,响应速度快，无超调,定位精度和跟踪精度高。

但是直流伺服系统也有难以克服的缺点;直流电动机转子绕组的发热大，影响与其相连接的丝杠精度;采用机械换向会产生电火花,直流伺服系统难以工作在易燃、易爆的工作场合;高速运行和大容量设计受到机械换相器的限制;电刷和换向器易磨损,日常维护工作量大;结构复杂，制造困难,成本高等。

机械换向器的存在是造成以上问题的主要原因。

交流电机没有机械换向器，克服了直流电机的缺点。

进入20世纪80年代后,功率电子器件和微电子技术水平得到迅速提高,基于先进控制理论、电力电子器件和微处理器的发展,交流伺服控制技术日趋成熟。

交流伺服系统以其体积小,转动惯量最小,耐高速,可频繁起制动,过载能力强,瞬时输出转矩大,对环境适应性强,运行可靠性高，无需维护等特点而广泛适用于CNC和工业机器人等工业领域。

到了90年代,交流伺服系统己经在许多场合取代了直流伺服系统，某些性能甚至超过了直流伺服系统，从而出现了取代直流伺服系统成为电气伺服系统主体的趋势。

目前国内外交流伺服系统研究正向着数字化、智能化、网络化、绿色化的方向发展：高性能和全数字化伺服系统是当代交流伺服系统发展的趋势，这种系统被广泛应用在高精度数控机床、机器人、特种加工装备和精细进给系统中。

由于微电子技术的发展,微处理器的运算速度不断提高,功能不断增强，特别在电机控制专用DSP芯片出现后，全数字伺服系统在实现电流控制、速度控制和位置控制全部数字化的同时,极大的增强了伺服系统设计和使用的灵活性。

目录永磁同步电机数学模型........................................................................2永磁同步电动机矢量控制原理...............................................................3（SVPWM ）电压空间矢量PWM 控制原理.......................................................4SVPWM 控制算法. (5)1、计算扇区N ：............................................................................................82、计算作用时间1T 、2T ，并用X 、Y 、Z 表示：.....................................93、计算占空比：..........................................................................................104、求出切换点1cm T 、2cm T 、3cm T 。

.. (11)MATLAB 仿真实现SVPWM (12)1、判断扇区：..............................................................................................122、求出X 、Y 、Z ：.....................................................................................123、求出1T 、2T .............................................................................................134、求出切换点1cm T 、2cm T 、3cm T ...............................................................135、输出PWM 波形：. (14)永磁同步电动机矢量控制仿真.............................................................15PI 调节：.. (15)1、电流环：..................................................................................................162、转速环：.. (17)基于TMS320F2812程序实现： (18)永磁同步电机矢量控制总结永磁同步电机数学模型永磁同步电机最常用的方法就是q d-轴数学模型，为了建立正弦波永磁同步电机的数学模型，首先假设：忽略电动机铁芯的永磁饱和；不计电动机的涡流和磁滞损耗；电动机的电流为对称的三相正弦电流。

永磁同步电动机矢量控制模型的设计与仿真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。

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。

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。

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 永磁同步电机的数学模型1.1 永磁同步电机系统的结构永磁同步电机的基本组成：定子绕组、转子、机体。

定子绕组通过三相交流电，产生与电源频率同步的旋转磁场。

转子是用永磁材料做成的永磁体，它在定子绕组产生的旋转磁场的作用下，开始旋转。

1.2 坐标变换坐标变换，从数学角度看，就是将方程中原来的一组变量，用一组新的变量来代替。

线性变换是指这种新旧变量之间存在线性关系。

电动机中用到的坐标变换都是线性变换。

在永磁同步电机中存在两种坐标系，一种是固定在定子上的它相对我们是静止的，即：α,β 坐标系，它的方向和定子三相绕组的位置相对固定，它的方向定位于定子绕组 A 相的产生磁势的方向，另一种是固定在转子上的旋转坐标系，我们通常称之为 d,q 坐标，其中 d 轴跟单磁极的 N 极方向相同，即和磁力线的方向相同，q 轴超前 d 轴 90 度下图所示。

永磁同步电动机矢量控制仿真1．前言随着微电子和电力电子技术的飞速发展, 越来越多的交流伺服系统采用了数字信号处理器(DSP) 和智能功率模块( IPM ) , 从而实现了从模拟控制到数字控制的转变。

空间矢量PWM 调制, 它具有线性范围宽, 高次谐波少, 易于数字实现等优点, 在新型的驱动器中得到了普遍应用。

永磁同步电机(PM SM ) 具有较高的运行效率、较高的转矩密度、转动惯量小、转矩脉动小、可高速运行等特点, 在诸如高性能机床进给控制、位置控制、机器人等领域PMSM得到了广泛的应用。

近几年来, 国内外学者将空间矢量脉宽调制算法应用于永磁同步电机控制中, 并取得了一定的成就。

同时, 永磁同步电机交流变频调速系统发展也很快, 已成为调速系统的主要研究和发展对象。

数字仿真技术一直是交流调速系统分析计算的有用工具。

但随着对PM SM 控制技术要求的提高, 空间矢量PWM 控制系统成为首选方案。

本文对其进行MA TLAB S IMUL IN K下仿真, 并给出了仿真结果。

2．永磁同步电动机矢量控制原理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。

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。

永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真王涛;李勇;王青;贾克军【摘要】基于永磁同步电机具有多变量、非线性的复杂特性,为研究需要,对其物理模型进行简化,建立了电机的数学模型及其基本方程.在矢量控制众多方法中采用最为简单的使直轴电流id=0方法进行研究,得到了基于转子磁场定向矢量控制下的电机电磁转矩方程.在Matlab/Simulink搭建整个系统仿真模型、转速和电流控制模块,并对这些模块进行仿真.仿真结果表明所得波形符合理论分析,系统响应快、超调量小,系统运行稳定,具有良好的动、静态特性.该模型的建立和分析对电机的实际控制提供了新的研究思路.%Based on the complex system of Permanent Magnetic Synchronous Motor (PMSM) with multi-variable and nonlinear, in this paper, the physical model of PMSM is simplified and the mathematical model of the motor is established in order to facilitate research. This paper uses id = 0 control manner which is the simplest manner in vector control methods, motor electromagnetic torque equation is established based on rotor field oriented vector control. The system model,speed and current control block are built and simulated with Matlab/Simulink. Simulation results show that the waveform is consistent with theoretical analysis; the model has fast response and small overshoot. The system runs stably with good dynamic and static characteristics. So,the establishment and analysis of PMSM model provide a new study for its actual control.【期刊名称】《河北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(031)006【总页数】5页(P648-652)【关键词】永磁同步电机;矢量控制;建模;仿真【作者】王涛;李勇;王青;贾克军【作者单位】河北大学质量技术监督学院,河北保定071002;北京科技大学车辆工程研究所,北京100083;河北大学质量技术监督学院,河北保定071002;河北大学质量技术监督学院,河北保定071002【正文语种】中文【中图分类】TH39永磁同步电机与励磁同步电机相比取消了励磁电源和励磁绕组，取而代之的是能够产生稳定磁场的永磁体，这就使得永磁同步电机结构更加紧凑，重量减轻，体积减小，又由于同时也取消了励磁系统的损耗，其效率、功率因数得到了很大的提高［1-2］.永磁同步电机的励磁磁场由转子上的永磁体产生，按转子磁场定向的矢量控制实现类似于直流电机对转矩和转子磁链的分别控制，从而获得类似于直流电机的宽范围调速性能.随着电力电子技术和控制技术的发展，永磁同步电机具有精度高、动态性能好、调速范围大以及定位控制准确等优点，常被应用于伺服系统和高性能的调速系统，因此引起了国内外越来越多学者的广泛关注［3］.本文对永磁同步电机建立数学模型得到其基本方程，对矢量控制众多控制方法中最为简单的id＝0方法进行研究，在Matlab／Simulink平台下建立该控制方法的仿真模型并进行仿真，并对仿真结果进行分析.该模型的建立和分析对电机的实际控制提供了新的研究思路.1.1 永磁同步电机基本结构永磁同步电机的定子与一般交流电机的定子绕组相同，采用三相交流绕组.定子铁心由带有齿和槽的冲片叠成，在槽中嵌入交流绕组.当三相对称电流通入三相对称绕组时，在气隙中产生同步旋转磁场，为简化问题同时又不影响数学模型的精度，常作如下假设：1）气隙磁场即永磁体产生的励磁磁场和三相绕组产生的电枢反应磁场呈正弦分布，定子三相绕组磁通产生的感应电动势也呈正弦分布；2）由于永磁同步电机的气隙比较大，所以不计定子磁路的饱和和铁损；3）转子上没有阻尼绕组，永磁体没有阻尼作用［4-5］.1.2 永磁同步电机基本方程将永磁同步电机模型建立在三相静止坐标系（abc坐标系）上，可得到其各绕组电压平衡方程［6-7］式中，ea，eb，ec 为永磁体磁场在a，b，c三相电枢绕组中感应的旋转电动势，Rs 为定子绕组电阻，La，Lb，Lc 为定子绕组自感，Mab，Mbc，Mca为绕组间的互感.由于转子结构不对称，将abc坐标系（三相静止坐标系）中的a，b，c三相绕组先变换到αβ坐标系（两相静止坐标系），然后再由αβ坐标系变换到dq坐标系（两相旋转坐标系）中.采用的坐标变换关系式为［8-11］得到dq坐标系上的电压方程为dq向abc转换关系如式（5）所示.式中，Ld，Lq 为定子绕组自感，id，iq 为d，q轴电流分量，Rs 为定子绕组电阻，ud，uq 为d，q轴电压分量，ωr 为转子角速度，ψf ＝ψfm／2，ψfm 为与定子a，b，c三相绕组交链的永磁体磁链的幅值.电机在dq坐标系中转矩方程为永磁同步电机的矢量控制方法有很多种，其中使直轴电流id＝0控制是最常用的方法.此时电流矢量随负载状态的变化在q轴上移动.根据式（4），id＝0时的电磁转矩为.采用该方法消除了直轴电流带来的电枢反应，电机所有电流都用来产生电磁转矩，电流控制效率得到提高，产生最大的电磁转矩.永磁同步电机矢量控制结构图1所示.根据永磁同步电机矢量控制结构图［12-15］，在Matlab／Simulink中搭建仿真模型，如图2所示.本文采用永磁同步电机电流、速度的双闭环控制，如图3所示.内环为电流环，外环为速度环.将电流环看作是速度调节系统中的一个环节，其作用是提高系统的快速性，抑制电流环内部干扰，限制最大电流以保障系统安全运行，速度环的作用是增强系统抗负载扰动的能力，抑制速度波动［16］.转速调节模块如图4所示.该模块由PI调节器和限幅输出模块组成.通过反复调整kp，ki参数使系统输出达到最佳状态.电流调节其实就是转矩调节模块，将转速调节器的输出电流作为转矩调节器的输入.该模块也由PI调节器和限幅输出模块组成，电流调节模型图与转速调节模型图相同［17-18］.仿真参数设置：逆变器直流电源电压380V，永磁同步电机定子绕组电阻Rs＝2.67Ω，d轴电感Ld＝0.007H，q轴电感Lq＝0.007H，极对数p＝2，电机转动惯量J＝0.006kg·m2.电机空载启动，启动转速给定n＝3 000r／min；待系统进入稳态后在0.05s时突加Tl＝6N·m的负载，仿真时间t＝0.1s.仿真结果如图5a-c 所示.从图5a中可以看出电机在启动后的0.02s内转速快速上升，并在经过0.01s的波动之后迅速达到稳定状态，电机动态响应性能良好.图5b中看出0.03s之前出现很大的振荡，这是因为电机启动初期转子转速低于定子旋转磁场转速，定子磁链和永磁体磁链产生的转矩在较短的时间内起到制动作用.当牵引转矩小于制动转矩时，电机总转矩下降，从而出现振荡现象.在0.05s突加6N·m的负载时，转速、转矩均有相应响应，但经过短暂的波动之后均达到稳定状态.由于仿真过程中使用PWM逆变器供电，定子电流中出现一定的谐波分量，影响到电磁转矩，使转矩和转速均出现一定的脉动，但不影响系统的稳定性.图5c为电机的机械特性曲线，可以看出机械特性较为理想.在分析永磁同步电机数学模型的基础之上，建立了电机的数学方程，通过数学的方法去研究永磁同步电机，并在Matlab／Simulink里搭建模型并进行仿真.由电机仿真波形可以看出，系统响应快速且平稳，转速和转矩超调量非常小，系统起动后保持恒定转矩；突加扰动时系统波动较小，充分说明系统具有较好的鲁棒性.仿真结果证明了本文所提出的永磁同步电机仿真建模方法的有效性.【相关文献】［1］曾毅.变频调速控制系统的设计和维护［M］.2版.济南：山东科学技术出版社，2002.［2］张铁军.永磁同步电机数字化控制系统研究［D］.长沙：湖南大学，2006.［3］王成元.电机现代控制技术［M］.北京：机械工业出版社，2007.［4］杨文峰，孙韶元.参数自调整模糊控制交流调速系统的研究［J］.电工技术杂志，2001（9）：11-13.［5］BARRERO F，GONZÁLEZ A ，TORRALBA A，et al.Speed control of induction motors using a novel fuzzy sliding mode structure［J］.IEEE Transactions on Fuzzy Systems，2002，10（3）：375-380.［6］薛峰，谢运祥，吴捷.直接转矩控制系统的转速估算模型及其参数补偿方法［J］.电工技术学报，1998，13（5）：26-30.［7］EBERHART R，KENNEDY J.A new optimizer using particl swarm theory［Z］.Proceedings of Sixth International Symposium MicroMachine and Human Science，Nagoya，Japan，1995.［8］陈伯时.电力拖动自动控制系统［M］.2版.北京：机械工业出版社，2001.［9］陈荣.永磁同步电机伺服系统研究［D］.南京：南京航空航天大学，2004.［10］黄永安，马路，刘慧敏.MATLAB 7.1／Simulink 6.1建模仿真开发与高级工程应用［M］.北京：清华大学出版社，2005.［11］李学文，李学军.基于SIMULINK的永磁同步电机建模与仿真［J］.河北大学学报：自然科学版，2007，27（S1）：28-31.［12］BOUCHIKER S，CAPOLINO G A.Vector control of a permanent magnet synchronous motor using AC matrix converter［J］.IEEE Transactions on Power Electronics，1998，13（6）：1089-1099.［13］沈艳霞，吴定会，李三东.永磁同步电机位置跟踪控制器及Backstepping方法建模［J］.系统仿真学报，2005，17（6）：1318-1321.［14］薛花，姜建国.基于EKF永磁同步电机FMRC方法的仿真研究［J］.系统仿真学报，2006，18（11）：3324-3327.［15］林伟杰.永磁同步电机两种磁场定向控制策略的比较［J］.电力电子技术，2007，41（1）：26-29.［16］LI Yong，MA Fei，CHEN Shunxin，et al.PMSM simuation for AC drive in mining dump truck［Z］.The Ninth International Conference on Information and Management Sciences（IMS2010），Urumchi，2010.［17］KENNEDY J，EBERHART R.Particle swarm optimization［Z］.Pro IEEE Int Conf on Neural Networks，Perth，1995.［18］钱昊，赵荣祥.永磁同步电机矢量控制系统［J］.农机化研究，2006（2）：90-91.。

毕业设计开题报告电气工程及其自动化永磁同步电动机功率因数的仿真分析—转矩电流最大比控制1前言：自70年代以来，科学技术的发展极大地推动了同步电动机的发展和应用。

其主要原因有：1.永磁材料近年来的开发很快，现有铝镍钴、铁氧体和稀土永磁体三大类。

2.电力电子技术的发展大大促进了永磁同步电动机的开发应用。

电力电子技术是信息产业和传统产业间重要的接口，是弱电与被控强电之间的桥梁。

对最新的自同步永磁同步电动机，高性能电力半导体开关组成的逆变电路是其控制系统的必不可少的功率环节。

3.规模集成电路和计算机技术的发展完全改观了现代永磁同步电动机的控制。

由于电子技术和控制技术的发展，永磁同步电动机的控制技术亦已成熟并日趋完善[1]。

使得永磁同步电动机具有结构简单、体积小、重量轻、功率因数高等优越性能,由其组成的高性能驱动系统近年来受到了广泛的关注。

而在20世纪80年代中期针对感应电动机而提出的直接转矩控制策略实行定子磁场定向，避免复杂的坐标变换，动态性能好，对电动机参数依赖性小，鲁棒性强。

因此，将其应用拓展至永磁同步电动机控制领域就成为近年的研究的热点之一。

针对永磁同步电动机dq轴电感不相等的特性,提出了最大转矩电流比控制来提高系统动态性能。

因此，将永磁同步电动机直接转矩控制与最大转矩电流比控制结合亦成为永磁同步电动机控制领域的新兴问题。

永磁同步电动机直接控制系统最大转矩电流比控制结合了两者的优点：无需转子精确定向，降低了定子电流，减小损耗，从而提高了系统效率[2]。

对于凸极永磁同步电动机Ld不等于Lq,能够生磁阻转矩,通过控制定子电流相位角可以控制id,iq。

当定子电流一定时，存在一个电流相位角使输出转矩值最大，这种控制方法可以得到最大转矩电流比。

基于此种最大电流比控制方法，建立高性能的三电PMSM最大转矩电流比控制系统，对最大转矩电流比控制系统进行分析研究。

与传统的id=0控制在输出转矩、功率因数、动态性能、算法复杂程度、对参数的鲁棒性等方面进行比较,从而阐述了其优缺点,为永磁同步电动机控制方法选择提供依据[3]。

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。

Internal Combustion Engine & Parts• 39•永磁同步电机矢量控制系统设计分析张健(江苏安全技术职业学院，徐州221011)摘要：永磁同步电机(PMSM)控制系统的核心控制途径为矢量控制，本课题对永磁同步电机矢量控制原理、数学模型进行了研究，并借助运用MATLAB/Simulink，针对永磁同步电机矢量控制系统开展仿真模型研究，运用仿真实验分析法探究永磁同步电机矢量控制系统，对实验及仿真结果进行对照研究，证实该控制算法比较科学，且仿真模型相对有效，为调试、设计控制系统奠定了坚实的基石出。

关键词：永磁同步电机；矢量控制系统;仿真模型0引言转矩系数大、功率密度大及结构单一是永磁同步电机最显著的特点，在稳定性较强、精度较高的领域有着普遍应用。

同步进电机、直流电机相比，永磁同步电机具有明显的优势，在伺服系统中占据着主导地位。

在原直流电机中，由于电刷、机械转向器会影响适用、可靠性能，而在基于相同体积下，永磁同步电机的直流电机要低于交流电机的输出功率，约为10%到60%。

结合国内的国情来看，我国作为主要的稀土生产国家，稀土资源种类丰富且总量较多，借此优势可以对不同类型的永磁电机进行设计，大规模的运用稀土永磁电机，推动社会经济的进步。

要想在实践中大规模的运用永磁同 步电机，必须要确保其控制系统具有良好的可靠性和稳定 性。

本研究联合运用两种不同的控制方式，包括：转速和电 流双闭环控制法、转子磁场定向矢量控制法（励磁电流id 为零），借助MATLAB/Simulink仿真实验，体现出这种控制 法的动态性能较强，且具有较强的合理性。

1永磁同步电机的数学模型本研究基于理想假设情况对永磁同步电机数学模型 进行构建，所以同实际存在一定差异，详见图1。

具体假定 条件为：①不存在铁芯损耗的状况;②不存在涡流、磁滞及 磁路饱和等干扰因素，永磁同步电机具有线性特点；③永 磁同步电机内三项绕组彼此相差角度为120。