无速度传感器直接转矩控制系统的MATLAB仿真

MATLAB／SIMULINK永磁同步电机无传感器矢量控制系统仿真【摘要】永磁同步电机矢量控制系统在电动汽车、轮船等交通运输领域具有广泛的应用前景。

使用MATLAB/SIMULINK的仿真功能，采用模块化的设计结构，分别对速度环调节、电流PI（Proportion Integration）调节、SVPWM（Space Vector Pulse Width Module）波的产生、、双闭环的整个系统模型进行仿真研究。

仿真在线调试，转子转速和转子转角、定子电流、以及转矩通过Scope模块进行观察，及时调整系统模型参数，使系统性能达到最佳化，实现了永磁同步电机矢量控制和正反转调速。

结果表明该种控制方法具有很好的鲁棒性，且该种方法可以提高设计的效率并缩短系统设计时间。

【关键词】永磁同步电动机；无传感器控制；滑膜电流观测器Abstract：The vector control system of PMSM（Permanent Magnetic Synchronization Motor）has a wide application prospect in the fields of electric cars and steamship etc.The simulation research of vector control PMSM system can provide methods for PMSM vector control system design and realization.This thesis involves in simulation research of speed loop modulation，PI（Proportion Integration）adjustment and dq/αβ transformation，gaining SVPWM（Space Vector Pulse Width Module）waves and double loop systems based on module structure under the environment of MATLAB/SIMULINK.Scope module was used to observe the stator current，rotating angle，revolution speed of rotator and rotating of torque.Through adjusting the module parameters timely，vector control and velocity modulation of PMSM was realized.The simulation results indicate that vector control system has the characteristics of fast speed up，strong overload capacity and ideal speed adjustment.Key words：permanent magnet synchronous motor；sensorless control；sliding current mode observer1.引言随着高性能永磁材料、大规模集成电路和电力电子技术的发展，永磁同步电机因为其功率密度高，体积小，功率因数和高效率而得到发展，且引起了国内外研究学者的关注[1]。

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学院：信息与电气工程学院专业：电气工程及其自动化班级：08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一、设计目的1、应用所学的交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。

2、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。

3、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、设计任务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。

三、交流电动机控制系统设计参数额定输出功率7.5KW；定子绕组额定线电压380V；定子绕组额定相电流12A;定子绕组每相电阻0.5欧姆；定子绕组接线形式Y；转子额定转速980rpm;转子形式:鼠笼式；转子每相折算电阻:3欧姆；转子折算后额定电流30A；额定功率因数：0.75；电机机电时间常数2S;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：0.03.四、设计步骤1、异步电动机的数学模型交流异步电机的数学模型相当复杂，它是一个高阶，非线性，强祸合的多变量系统，坐标变换的目的就是要简化数学模型。

在讨论交流异步电机的数学模型前假设电机有如下特性:(l)电动机三相定、转子绕组完全对称。

(2)电动机定、转子表面光滑，无齿槽效应。

(3)电动机气隙磁动势在空间正弦分布。

(4)铁心涡流、饱和及磁滞损耗忽略不计。

在满足上述理想电动机假设条件下，经推导可得异步电动机在静止坐标系下的数学模型。

无速度传感器的矢量控制系统仿真带转矩内环的转速，磁链闭环矢量控制系统的电气原理图如图1所示。

在图中，主电路采用了电流滞环控制型逆变器。

在控制电路中，在转速环后增加了转矩控制内环，转速调节器ASR的输出是转矩调节ATR 的给Te *,而转矩的反馈信号Te ,则通过矢量控制方程 （1） 计算得到。

电路中的磁 链调节器ApsiR 用于对电动机定子磁链的控制，并设置了电流变换和磁链观测环节。

ATR 和ApsiR 的输出分别是定子电流的转矩分量i st *和励磁分量i sm *。

i st *和i sm *经过2r/3s 变换后得到三相定子电流的给定值 并通过电流滞环控制PWM 逆变器控制电动机定子的三相电流。

图1 带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统原理图ψr st r m p e i n L L T =i s *C i s *B i s *A带磁链和转矩闭环的矢量控制系统仿真如图2所示。

其中直流电源DC，逆变器inverter,电动机motor和电动机测量模块组成了模型的主电路，逆变器的驱动信号由滞环脉冲发生器模块产生。

三个调节器ASR,ATR和AspiR均是带输出限幅的PI调剂器。

转子磁链观测使用二相同步旋转坐标系上的磁链模型(图3)，函数模块Fcn用于计算转矩，dq0-to-abc模块用于2r/3s的坐标变换。

图2 带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统仿真模型图3 三相电压的变换模型仿真图带转矩内环的转速，磁链闭环矢量控制系统，调节器参数见表1.模型的仿真算法为ode23tb 。

在矢量控制系统中，为了实现转速的闭环控制和磁场定向，电动机的转速检测是必不可少的，并且转速检测的精度直接影响磁场定向的准确性。

从电动机数学模型可以看出，电动机转速实际上也可以通过推算得到，因此无速度传感器的矢量控制系统成为了交流调速的重要研究内容。

无速度传感器的交流调速一方面减少了设备，另一方面也避免了速度传感器检测本身可能带来的误差。

课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：武汉理工大学题目: 无速度传感器的矢量控制系统仿真初始条件：电机参数为：额定电压U=380V、频率50=、定子电阻s R=0.252Ω、f Hz额定功率P=2.2KW、定子自感L=0.0016H、转子电阻r R=0.332Ω、额定转速sn=1420rpm、转子自感r L＝0.0016H、级对数p n＝2、互感m L＝0.08H、转动惯量J=0.6Kgm2要求完成的主要任务:（1）设计系统原理图;（2）用MATLAB设计系统仿真模型；（3）能够正常运行得到仿真结果,包括转速、转矩等曲线，并将推算转速与实际转速进行比较参考文献：[1] 洪乃刚.《电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真》.北京：机械工业出版社，2005:212-215时间安排：2011年12月5日至2011年12月14日，历时一周半，具体进度安排见下表指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得高动态调速性能，必须从动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电机的调速方案。

矢量控制是目前交流电动机较先进的一种动态模型,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。

无速度传感器控制的高性能通用变频器是当前全世界自动化技术和节能应用中受到普遍关心的产品和开发课题。

本文介绍无速度传感器的矢量控制系统的原理和Matlab仿真。

关键词：矢量控制、无速度传感器、Matlab目录1矢量控制概述 (1)2无速度传感器矢量控制系统 (1)3无速度传感器矢量控制方法 (2)4无速度传感器矢量控制系统SIMULINK分析 (3)5仿真结果分析 (8)6学习心得 (9)7参考文献 (1)无速度传感器的矢量控制系统仿真1矢量控制概述空间矢量法是一种应用于交流电机变频调速领域的最重要的闭环控制技术之一，并且常用于交流电机动态建模。

异步电动机直接转矩控制系统的MATLAB仿真一、本文概述随着电力电子技术和控制理论的不断发展，异步电动机直接转矩控制系统（Direct Torque Control, DTC）已成为电动机控制领域的重要研究方向。

该控制系统以其快速响应、高鲁棒性和简单的结构特性，在电力驱动、工业自动化、新能源汽车等领域具有广泛的应用前景。

本文旨在通过MATLAB仿真平台，对异步电动机直接转矩控制系统进行深入研究和探讨。

本文将首先介绍异步电动机直接转矩控制的基本原理和主要特点，包括其与传统矢量控制方法的区别和优势。

随后，将详细阐述异步电动机的数学模型，以及DTC系统中转矩和磁链的控制策略。

在此基础上，利用MATLAB/Simulink仿真软件，构建异步电动机DTC系统的仿真模型，并对仿真模型中的关键参数和模块进行详细设计。

本文的重点在于通过仿真实验，分析异步电动机DTC系统的动态性能和稳态性能，探讨不同控制参数对系统性能的影响。

将针对仿真结果中出现的问题和不足，提出相应的改进措施和优化策略，以提高DTC系统的控制精度和稳定性。

本文将对异步电动机直接转矩控制系统的未来发展趋势和应用前景进行展望，为相关领域的研究人员和工程师提供参考和借鉴。

二、异步电动机直接转矩控制系统理论基础异步电动机直接转矩控制系统（Direct Torque Control, DTC）是一种高效的电机控制策略，旨在直接控制电机的转矩和磁链，从而实现快速动态响应和优良的控制性能。

与传统的矢量控制相比，DTC具有算法简单、易于数字化实现、对电机参数变化不敏感等优点。

异步电动机DTC系统的理论基础主要建立在电机转矩和磁链的直接控制上。

在DTC中，通过检测电机的定子电压和电流，利用空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM）或滞环比较器（Hysteresis Comparator）等控制手段，直接计算出所需的电压矢量，以实现对转矩和磁链的快速调节。