交流电机矢量控制系统仿真设计

电力拖动自动控制系统课程设计学院：信息与电气工程学院班级：电气三班学号:姓名：基于交流电动机的动态模型的间接矢量控制仿真与设计一设计目的：应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。

应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。

在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础二设计参数：额定输出功率17KW；定子绕组额定线电压380V；定子绕组额定相电流25A;定子绕组每相电阻0.1欧姆；定子绕组接线形式Y；转子额定转速1430rpm;转子形式:鼠笼式；转子每相折算电阻:1欧姆；转子折算后额定电流50A；额定功率因数：0.75；电机机电时间常数1S;电枢允许过载系数1.5；环境条件:电网额定电压:380/220V; 电网电压波动10%;环境温度:-40~+40摄氏度; 环境相对湿度:10~90%.控制系统性能指标:转差率：3%；调速范围：D＝20；电流超调量小于等于5%;空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于30%;稳速精度：0.03.三动态模型：（1） 电压方程：ϕP Ri u += （2） 磁链方程：Li =ϕ，i d dLd d L Ri u tiωθ++= （3） 运动方程：tp Ld d n J ω+T=T（4） 转矩方程：i L i n T p θ∂∂=T 21四坐标变换为简化和求解三相异步电机的数学方程，须按图1对电机坐标系的基本方程进行坐标变换，实现电机模型的解耦。

1坐标变换模块图：2W1生成模块：3PI模块变换：4Um,UM 生成模块：图1 永磁容错电机常用坐标系根据坐标变换理论，可得三相静止到两相静止坐标系变换矩阵为⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=2323021211322/3ss C （3-1） 两相静止到两相旋转坐标系变换矩阵：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=θθθθcos sin sin cos C 2/s 2r （3-2） 转子初始磁链在各坐标系分量为：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡023f q d ψψψ （3-3） 可得电机在两相旋转坐标系下的电压方程、磁链方程、转矩方程如下：⎪⎩⎪⎨⎧++=-+=d s q q q qs d d d p Ri U p Ri U ψωψψωψ （3-4） ⎪⎩⎪⎨⎧=+=q q qfd d d iL i L ψψψ23 （3-5） )(d q q d p e i i n T ψψ-= （3-6）五按转子磁链定向实现异步电机矢量控制按转子磁链定向的坐标系称为MT 坐标系，M 轴与转子磁链方向一致。

运动控制课程设计班级：电气三班学号：姓名：基于交流电动机动态模型的直接转矩控制系统的仿真与设计设计目的应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。

应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。

在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。

1直接转矩控制的基本原理及规律直接转矩控制系统简称DTC（Direct Torque Control）系统，是继矢量控制系统之后发展起来的另外一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。

在它的转速环里面利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，因此而得名为直接转矩控制。

1.1直接转矩控制系统原理与特点如图1-1为直接转矩控制的原理框图，和VC系统一样，它也是分别控制异步电动机的转速和磁链，转速调节器ASR的输出作为电磁转矩的给定信号*T，T后面设置转矩控制内环，它可以抑制磁链变化对于转矩的影响，从而使得在*转速和磁链系统实现解耦。

因此，从整体控制结构上来看，直接转矩控制（DTC）系统和矢量控制系统（VC）系统是一致的都获得了较高质量的动态性能以及静态性能。

图1-1直接转矩控制系统图的幅值从图中中可以看出，直接转矩控制系统，就是通过使定转子磁链s保持恒定，然后选择合理的零矢量的作用次序和作用时宽，以调节定子磁链矢量的运动速度，从而改变磁通角的大小，以实现对电机转矩的控制。

在直接转矩控制技术中，其基本控制方法就是通过电压空间矢量来控制定子磁链的旋转速度，控制定子磁链走走停停，以改变定子磁链的平均旋转速度的大小，从而改变磁通角的大小，以达到控制电动机转矩的目的。

从以上介绍我们可以了解到DTC系统在具体控制方法上的一些特点：⑴转矩和磁链的控制采用双位式控制器，并在PWM的逆变器中直接用这两个控制信号产生电压的SVPWM波形，从而避开了将定子电流分解成转矩和磁链分量，省去了旋转变换和电流控制，简化了控制器的姐结构。

基于交流电动机动态模型的直接矢量控制系统的仿真与设计姓名：班级：电气三班学号：专业：电气工程及其自动化1.引言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。

需要高动态性能的异步电机调速系统必须在其动态模型的基础上进行分析和设计，但要完成这一任务并非易事。

经过人们的多年的潜心研究和实践，有几种控制方案已经获得了成功的应用，目前应用最广的就是矢量控制系统。

直接矢量控制就是一种优越的交流电机控制方式，它模拟直流电机的控制方式使得交流电机也能取得与直流电机相媲美的控制效果。

本文研究了交流电动机动态模型的直接矢量控制系统的设计方法。

并用MATLAB 最终得到出仿真结果。

2. 矢量控制系统结构异步电动机经过坐标变换可以等效成直流电动机，那么，模仿直流电动机的控制策略，得到直流电动机的控制量，再经过相应的坐标反变换，就能够控制异步电动机了。

由于进行坐标变换的是电流(代表磁动势)的空间矢量，所以这样通过坐标变换实现的控制系统就称为矢量控制系统(VectorControlSystem)，简称VC 系统。

VC 系统的原理结构如图1所示。

图中的给定和反馈信号经过类似于直流调速系统所用的控制器，产生励磁电流的给定信号*m i 和电枢电流的给定信号*t i ，经过反旋转变换1-VR 一得到*αi 和*βi ，再经过2／3变换得到*A i 、*B i 和*C i 。

把这三个电流控制信号和由控制器得到的频率信号1ω加到电流控制的变频器上，所输出的是异步电动机调速所需的三相变频电流。

图1 矢量控制系统原理结构图在设计VC 系统时，如果忽略变频器可能产生的滞后，并认为在控制器后面的反旋转变换器1-VR 与电机内部的旋转变换环节VR 相抵消，2／3变换器与电机内部的3／2变换环节相抵消，则图1中虚线框内的部分可以删去，剩下的就是直流调速系统了。

可以想象，这样的矢量控制交流变压变频调速系统在静、动态性能上完全能够与直流调速系统相媲美。

三相交流异步电机矢量控制系统仿真建模谢雅;黄中华;左金玉【摘要】分析了三相交流异步电机的数学模型,介绍了三相交流异步电机的矢量控制原理.采用模块式设计方法和结构化设计方法,开发了基于MATILAB/SIMULINKV参数化三相交流异步电机矢量控制仿真模型.该模型的输入参数为电机转子目标转速和转子实时转速,输出参数为电机输出转矩.基于建立的仿真模型开展了电机空载变速过程和恒速加载过程仿真.仿真结果表明,所设计的仿真模型能够实现电机运动过程中转速和转矩的准确计算；所设计的参数化仿真模型可用于三相交流异步电机矢量控制系统仿真研究.【期刊名称】《湖南工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(023)001【总页数】4页(P1-4)【关键词】三相交流异步电机;矢量控制;仿真模型【作者】谢雅;黄中华;左金玉【作者单位】中南大学机电工程学院,长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TM3430 引言三相交流异步电机具有结构简单、制造方便、可靠性高和价格便宜等特点，在工业生产和日常生活领域中得到了广泛应用.随着三相交流异步电机应用领域的不断拓宽，对三相交流异步电机控制系统的设计要求也越来越高，需要协调考虑控制系统的控制性能、成本和开发周期.矢量控制是当前三相交流异步电机广泛使用的一种控制方法［1－4］.在进行电机矢量控制系统设计时通常需要对控制系统的设计参数进行反复调整.建立参数化的三相交流异步电机控制系统仿真模型可以有效缩短控制系统的设计周期，提高控制系统的开发效率［5］.论文分析了三相交流异步电机的数学模型，基于Matlab／Simulink软件，采用结构化和模块化的方法，构建了参数化三相交流异步电机控制系统仿真模型［6－8］.基于论文设计的仿真模型，可以高效开展电机控制性能仿真研究.1 三相交流异步电机数学模型三相交流异步电机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，为便于研究，作如下合理假设：（1）三相绕组对称，忽略空间谐波，磁势沿气隙圆周按正弦分布.（2）忽略磁饱和，各绕组的自感和互感都是线性的.（3）忽略铁损，不计涡流和磁滞损耗.（4）不考虑频率和温度变化对绕组的影响.三相交流异步电机在d－q坐标系下的数学模型可用如下方程式描述.电压方程：磁链方程：电磁转矩方程：运动方程：式（1）～（4）中，Ls、Lr、Lm 为dq 坐标系中定子和转子自感及互感；usd、usq、urq、isd、isq、ird、irq、ψsd、ψsq、ψrd、ψrq分别为dq轴定子和转子的电压、电流和磁通；ω1为dq坐标系中相对于定子的角速度，ωs为dq坐标系相对于转子的角速度；ω＝ω1－ωs为电机转子的角速度；np为极对数；J为转动惯量；TL为负载转矩；p＝d／dt为微分算子.2 矢量控制原理矢量控制是通过测量和控制异步电机定子电流矢量，根据空间矢量坐标变换及磁场定向原理，将异步电机模型转换成类似于直流电机的模型，分别对异步电机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电机转速和转矩的目的.在转子磁场定向旋转坐标系（dq系）中，d轴和q轴是相互垂直的且以一定的角速度ω1旋转，此时若以旋转磁场轴d作为特定的同步旋转坐标轴，按照转子的全磁链矢量ψr来定向，也就是旋转磁场，由于d轴取向于全磁链矢量ψr轴，q轴垂直于d轴，从而使ψr在q轴上的分量为0，即定子电流is在d轴上的分量isd是纯励磁电流分量，在q轴上的分量isq是纯转矩电流分量.以定子电流分量isd和isq、转子磁链ψr，转子转速ωs为状态变量，定子电压矢量的d分量和q分量usd和usq为控制量的电压状态方程：电机的输出转矩方程：展开式（6）可得：式（8）～（9）中，Tr＝Lr／Rr 为转子电路的时间常数，为角速度转差.式（8）表明，转子磁链ψr唯一由定子电流矢量的励磁电流分量isd控制，而与定子电流的转矩电流分量isq无关.式（9）表明，当ψr恒定时，无论是稳态还是动态过程，转差角速度ωs都与异步电机的转矩电流分量isq成正比.从式（7）可以看出，在按转子磁链定向的矢量控制系统中，Te同时受到ψr和isq的影响，磁链和转速两个子系统相互耦合.电流i和磁链ψ的变化会影响转速的变化.为了减少磁链变化对转速的影响，在转速环内增加了转矩控制内环.三相交流异步电机矢量控制系统框图如图1所示.图1 异步电机矢量控制系统框图Clarke变换是两相静止坐标系到两相旋转坐标系的转换，α－β静止坐标系到d－q旋转坐标系变换的公式如下：Clarke逆变换是两相旋转坐标系到两相静止坐标系的转换，d－q旋转坐标系到α－β静止坐标系变换的公式如下：式（10）～（11）中，φ为两相旋转坐标相对于转子的角位移.三相异步电机矢量控制中需要电机的实时输出转矩Te、转子角位移φ、转子磁链ψr、转子转速ω，但是输出转矩Te、转子角位移φ、转子磁链ψr无法进行实际测量或者测量难度系数大.为获得Te，ψ，φ的实时值，根据解耦后的电机模型，建立三个变量值的观测器.观测方程如下：观测器的输入量为电机可实时测算的物理量ids、isq.3 动态性能仿真与分析采用模块化设计方法，在 Matlab／Simulink中建立了如图2所示的参数化三相交流异步电机矢量控制仿真模型，该仿真模型采用双闭环结构，外环为速度控制，内环为转矩控制，模型的输入参数为电机转子目标转速w＊和转子实时转速w，输出参数为电机输出转矩T.图2 电机矢量控制系统仿真模型图2所示的参数化三相交流异步电机矢量控制仿真模型主要由电机模块、矢量控制模块、帕克变换模块、坐标变换模块、电流滞环控制模块、速度控制模块、转矩计算模块和电压逆变模块组成.限于论文篇幅，只给出电机模块和速度控制模块. 电机模块如图3所示，采用 MATLAB／SIMULINK内置的电机模块，输入参数为三相电压和负载转矩，输出电机转矩、转速和电流.图3 电机仿真模型速度控制和转矩控制均采用PI控制，速度控制模块如图4所示，输入为参考转速ω＊和实际转速ω，输出为参考电磁转矩Te＊，K.Ts为PI控制器中的积分参数，Saturation为饱和限幅模块.图4 速度控制仿真模型对建立的参数化三相交流异步电机矢量控制仿真模型开展了仿真研究.仿真时异步电机的相关参数为：额定功率PN＝37kW，额定电压为380V，频率为50Hz，定子相绕组电阻Rs＝0.08233Ω，转子相绕组电阻Rr＝0.0503Ω，定子绕组自感Ls ＝27.834mH，转子绕组自感Lr＝27.834mH，转子之间的互感Lm＝27.11mH，极对数np＝2，额定转速为n＝1430r／min，转动惯量J＝0.37kg·m2.由以上参数可得电机的同步转速为nN＝60f／np＝1500r／min，转子的额定角速度为ωN ＝2πn／60＝149.75rad／s，额定转矩TN＝PN／ωN＝247N·m.对三相交流异步电机的空载变速过程和恒速加载过程进行了仿真.（1）电机空载变速过程仿真.仿真条件如下：电机空载启动，目标转速ω＝80rad ／s，1s后，电机目标转速跳变为120rad／s.图5为电机启动过程中的转速变化曲线和电磁转矩变化曲线.从图中可以看出，电机启动过程中，电机的输出转矩存在一定的波动，电机转速呈恒加速状态，当电机转速达到目标转速后，转速没有超调和波动，电机的输出转矩迅速衰减至0.1s后，电机的电磁转矩急剧上升，电机重新开始加速.当电机转速达到目标转速后，转速没有超调和波动，电机的输出转矩迅速衰减至0.图5 电机空载变速过程转速及转矩曲线（2）恒速加载过程仿真.仿真条件如下：电机空载启动，目标转速ω＝120rad／s，0.5s后给电机施加负载转矩130N·m，1s后电机的负载转矩变为200N·m，1.5s后电机的负载转矩变为70N·m.图6是电机恒速加载过程的转速和转矩变化曲线，从图中可以看出，当电机的负载转矩变化时，电机的转速波动很小，电机的输出转矩响应快，精度高.图6 电机恒速加载过程转速及转矩曲线仿真结果表明，本文建立的仿真模型可以用于三相交流异步电机矢量控制系统设计仿真研究.4 结论采用模块化设计方法，设计了参数化三相交流异步电机矢量控制仿真模型，仿真结果表明，所设计的仿真模型可用于三相交流异步电机矢量控制系统设计仿真研究. 参考文献【相关文献】［1］顾敏明，潘海鹏.高精度矢量控制在乙酸乙酯生产中的应用［J］.化工学报，2010，61（8）：2078－2083.［2］秦孝峰.地铁车辆异步牵引电机矢量控制系统研究［J］.机车电传动，2011（6）：54－57. ［3］ Cristian Lascu，Ion Boldea，Frede Blaabjerg.Direct Torque Control of Senseless Induction Motor Drives：a Sliding－mode Approach ［J］.IEEE Trans.Industry Application，2004，40（2）：582－590.［4］ Young Ahn Kwon，Sung Hwan Kim.A New Scheme for Speed－sensorless Control of Induction Motor［J］.IEEE Trans.Industrial Electronics，2004，51（3）：545－550. ［5］杨金波，杨贵杰，李铁才.双三相永磁同步电机的建模与矢量控制［J］.电机与控制学报，2010，14（6）：1－7.［6］纪志成，薛花，沈艳霞.基于Matlab交流异步电机矢量控制系统的仿真建模［J］.系统仿真学报，2004，16（3）：384－388.［7］魏伟.基于SIMULINK异步电机矢量控制仿真实验研究［J］.实验技术与管理，2009，26（1）：71－73，77.［8］路秀芬.基于MATLAB的异步电动机问接矢量控制系统的建模与仿真［J］.山西煤炭管理干部学院学报，2011，24（3）：90－91，94.。

矢量控制系统仿真
按矢量控制系统结构建立仿真模型，见图1。

其中，异步电动机仿真模型见异步电动机仿真，SVPWM用惯性环节等效代替，若采用实际的SVPWM方法仿真，会产生电流脉动。

转速、转子磁链和两个电流调节器均采用带有积分和输出限幅的PI调节器，两相磁链
rα
ψ和rβ
ψ由电动机模型直接得到，通过直角坐标到极坐标变换（K/P变换）得到转子磁链的幅值和角度，
r
r
jarctg
j
r r r r
j e
β
α
ψ
ψϕ
αβ
ψψψ
=+==
ψ
图2为空载起动和t=3s突加额定负载的定子电流励磁分量
sm
i（上）和转矩分量
st
i（下）仿真结果，图3a是对应的转速ω（上）与转子磁链r
ψ（下）仿真结果，图3b为转速ω
（上）
图1 矢量控制系统仿真模型
与转子磁链r （下）局部放大图。

图2 空载起动和加载的定子电流励磁分量sm i （上）和转矩分量st i （下）仿真结果
ψ（下）仿真结果图3a 空载起动和加载过程ω（上）和r
图3b ω（上）和ψ（下）局部放大。

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。

矢量控制异步电机调速系统仿真研究摘要20世纪70年代德国专家提出了矢量变换控制的思想，矢量变换控制就是采用矢量变换使交流异步电机定子电流励磁分量和转矩分量之间实现解耦，使交流异步电动机的磁通和转矩分别进行独立控制, 从而使交流异步电动机变频调速系统具有了直流调速系统的全部优点。

本文介绍了异步电动机矢量控制的基本原理及转差频率矢量控制的相关概念，结合实际设计出矢量控制异步电机调速系统的结构图，根据异步电机模型和在调速系统中各子系统的模型，在SIMULINK环境下对该系统进行仿真，并得出仿真结果。

从试验和仿真结果可以看出：该方法简单、控制精度高，用于异步电动机调速系统中具有良好动、静态性能。

利用MATLAB/ SIMULINK模块对交流异步电动机矢量控制系统进行了建模仿真，说明了MATLAB/ SIMULINK 对于复杂的交流调速系统来说是一种很好的仿真工具，并且通过仿真波形的分析也验证了交流异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统具有较好的动、静态性能，完全可以适用于高动态性能的交流调速场合。

关键词：交流调速系统；转差频率；矢量控制；仿真建模Vector control of induction motor based on simulation studiesAbstract20th century 70s German experts put forward the idea of vector transform control. transform vector control use vector transformation to make the exchange of excitation of induction motor stator current components and torque decoupling between components, so that the magnetic AC asynchronous motor Qualcomm and independent control of torque, respectively, so that the exchange of asynchronous motor with variable frequency speed regulation system of the DC drive system all the advantages. This article introduces the asynchronous motor of the basic principles of vector control and slip frequency vector control of the basic concepts, practical design combined with vector control of induction motor based on the structure, according to the model of induction motor speed control system and the various sub- system model, in the SIMULINK environment simulation system and simulation results obtained.The simulation results from the tests can be seen: The method is simple, high precision. The control for induction motor speed control system has good dynamic and static performance.Using MATLAB / SIMULINK module of AC asynchronous motor vector control system modeling and simulation. Illustrate the MATLAB / SIMULINK for the complex AC Drive System is a good simulation tools, and through the simulation waveform analysis to verify AC induction motor according to the rotor flux-oriented vector control system has good dynamic and static performance, It can be applied to the exchange of high-speed dynamic performance occasions.Key words : AC Drive System;Slip frequency; Vector Control; Simulation Modeling目录引言 (1)第1章绪论 (2)1.1交流电机调速技术的发展状况 (2)1.2 现代交流调速系统的类型 (3)l.3 现代交流调速系统的发展趋势和动向 (4)1.3.1 控制理念与控制技术方面的研究与开发 (4)1.3.2 PWM模式改进与优化研究 (4)1.3.3 中压变频装置的研究与开发 (4)第2章矢量控制的基本原理 (6)2.1 异步电动机的数学模型 (6)2.2 矢量控制技术思想 (6)2.3 坐标变换 (7)2.3.1 坐标变换的基本思想和原则 (7)2.3.2 三相-两相变换 (10)2.4 转差频率矢量控制的基本概念 (12)2.5 转差频率矢量控制系统 (13)第3章模型的建立及仿真 (15)3.1 仿真软件简介 (15)3.2 矢量控制调速系统仿真和分析 (15)3.2.1电机仿真模块的建立 (16)3.2.2转速调节器模块 (17)3.2.3函数运算模块 (17)3.2.4 坐标变换模块 (17)第4章仿真结果及结果分析 (19)4.1 仿真模型 (19)4.2 仿真结果及分析 (19)结论与展望 (22)致谢 (23)参考文献 (24)附录 (24)插图清单图1-1 现代交流调速系统组成示意图 ....................................................................... - 3 - 图2-1 二极直流电机的物理模型 ............................................................................... - 8 - 图2-2 等效的交流电机绕组和直流电机绕组物理模型 ......................................... - 10 - 图2-3三相、两相静止坐标系与磁通势空间矢量 ................................................. - 11 - 图2-4 转差频率控制的异步电动机矢控制调速系统的结构图 ............................. - 14 - 图3-1转速PI调节器模块 ....................................................................................... - 17 - 图3-2函数运算模块 ................................................................................................. - 17 - 图3-3 坐标变换模块 ................................................................................................. - 18 - 图4-1矢量控制调速系统的仿真模型 ..................................................................... - 19 - 图4-2仿真波形图 ..................................................................................................... - 20 - 图4-3定子磁链轨迹图 ............................................................................................. - 21 -引言交流异步电动机是一个高阶、强耦合、非线性的多变量系统，该系统数学模型比较复杂，将其简化成单变量线性系统进行控制，动态性能不够理想，调节器参数很难准确设计，为了实现高动态性能, 20世纪70年代初德国西门子公司F.Blaschke提出了矢量控制的方法。

基于Matlab/Simulink的永磁同步电机（PMSM）矢量控制仿真摘要：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M atlab/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Abstract: In today’s AC servo system, the vector control theory and SVPWM technique ma ke 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 iso lated 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 resu lt.Key words: Matlab/Simulink; PMSM; SVPWM; simulation0、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。

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。

交流异步电动机矢量控制系统的建模与仿真林海翔（江苏联合职业技术学院扬州分院，江苏扬州225003）摘要：交流异步电动机作为重要的调速传动设备，具有结构简单、造价低、可靠性高、便于维护等诸多优点，但相对于直流电动机，其调速性能还有待提高。

现介绍了交流异步电动机矢量控制的数学模型，阐述了系统仿真模型的建立过程，最后运用SIMULINK软对型矢量控制调速系统了仿真，根据仿真结可知，交流异步电动机釆用矢量控制系统后，其动态和静态性能均有了较大提高。

关键词：交流异步电动机;矢量控制系统;SIMULINK仿真1交流调速技术自20世70年，电力电子技术、控制电机学的交流调速系统调速性、能性等了较大后现了具有性的高性能调速技术，如矢量控制技术、直控制技术等。

1.1矢量控制技术德国西门子公司的Felix Blaschke博士首先提出了磁场定矢量控制矢量控制（VC模直流电动机的控制，用后交流电动机三相电流的量量量,然后对调，交流电动机直流电动机较的性速性电动机矢量控制要有矢量控制矢量控制过模直流电动机的控制控制交流电动机大大提高了调速系统的动性1.2直接转矩控制技术20世纪80年学用直控制（DTC）技术了提出了用矢量：构建电动机的模型模型控制电动机现对电动机的直控制可过子电因参数化带的影其结果精确可靠，所异步电动机直控制技术计算容易、结构简单、动态性能较但该调速系统低速运还存些问题需要决死区效应、脉动等。

矢量控制直控制技术都现了高性能的电动机调速控制，这调速都能较的、动性,普遍适用于各高性能调速领域。

但因为这控制不同 的特点也不同用领域各有侧重用砰-砰控制的直控制技术的快，参数鲁棒性还可较高的瞬景非常相比之下，矢量控制技术连续控制、低速控制、调速范围等优势明显些对系统动性能要求不高而更加看重器、容量用的用合，例水泵的能传动、风机的能传动等一般的工业机械传动合，矢量控制技术了广泛用。

因此，作为重要的交流调速技术，矢量控制技术值步做深入研究。

摘要矢量控制是在电机统一理论、机电能量转换和坐标变换理论的基础上发展起来的，它的思想就是将异步电动机模拟成直流电动机来控制，通过坐标变换，将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个直流分量并分别加以控制，从而实现磁通和转矩的解耦控制，达到直流电机的控制效果。

本文针对异步电动机磁链闭环矢量控制进行研究和探索。

通过空间矢量的坐标变换，对系统进行建模，其中包括直流电源、逆变器、电动机、转子磁链电流模型、ASR、ATR、AΨR等模块。

并对控制系统进行了MATLAB/Simulink仿真分析。

关键字异步电动机矢量控制坐标变换 Simulink仿真分析交流电机矢量控制技术研究与仿真1绪论1.1交直流调速系统的相关概念及比较交流调速系统是以交流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统。

直流调速系统是以直流电动机作为控制对象的电力传动自控系统。

直流调速系统可以在额定转速以下通过保持励磁电流改变电枢电压的方法实现恒转矩调速;在额定转速以上通过保持电枢电压改变励磁电流来实现恒功率调速。

采用转速、电流双闭环直流调速系统可以获得优良的静、动态调速特性，因此直流调速在很长时间以来(20世纪80年代以前)一直占据主导地位。

但是，由于直流电动机本身结构上存在机械式换向器和电刷这一致命弱点，这就给直流调速系统的开发及应用带来了一系列的限制，具体表现在以下几个方面:(1)机械式换向器表面线速度及换向电流、电压有一定的限值，这极大的限制了单台电动机的转速和运行功率。

而且，大功率的电机制造技术难，成本高。

对于高转速大功率的电动机应用场合，直流调速方法是行不通的。

(2)为使直流电动机的机械式换向器能够可靠的工作，往往要增大电枢和换向器的直径，导致电机转动惯量很大，对于要求快速响应的生产场合就不能够实现。

(3)机械式换向器带来的另外一个麻烦就是必须经常检修和维护，因为电刷要必须定期更换。

这样导致直流调速系统的维护工作量大，运行成本高，同时由于定期的停机检修也造成了生产效率的下降。