基于某SVPWM的永磁同步电机控制系统的仿真

基于SVPWM算法的永磁同步电动机仿真
张娜
【期刊名称】《安徽电子信息职业技术学院学报》
【年(卷),期】2018(017)002
【摘要】在永磁同步电动机控制领域中,SVPWM算法是近几年提出且发展迅速的新技术之一.介绍了SVPWM算法,其中包括参考电压投影设定以及空间矢量作用时间的计算,并用仿真结果进行算法演示.
【总页数】4页(P40-43)
【作者】张娜
【作者单位】辽宁机电职业技术学院, 辽宁丹东 118009
【正文语种】中文
【中图分类】TM351
【相关文献】
1.基于SVPWM的永磁同步电动机系统建模与仿真 [J], 何杰;王家军
2.永磁同步电动机SVPWM和电流滞环控制仿真分析 [J], 李伟光;郭忺;侯跃恩
3.基于SVPWM的永磁同步电动机控制系统仿真与实验研究 [J], 张金利;景占荣;张玉瑞;白世东;贾歆莹
4.一种基于SVPWM的永磁同步电动机直接转矩控制系统仿真实验研究 [J], 李建超;安群涛;赵克;孙力
5.基于SVPWM算法的船用永磁同步电机建模及仿真 [J], 邓志华
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基于SVPWM永磁同步电机控制系统的建模与仿真张海啸 王淑红（太原理工大学电气与动力工程学院，太原 030024）摘要本文研究永磁同步电机(PMSM)矢量控制系统。

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。

仿真结果证明了该系统模型具有很好的静态、稳态性能。

关键词：永磁同步电机；空间矢量脉宽调制；仿真Modeling and Simulation of PMSM Control System Based on SVPWMZhang Haixiao Wang Shuhong(Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024)Abstract Vector control of PMSM was studied in the paper.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 block , hysteresis current controller block and speed controller,ect.,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.Key words：PMSM；SVPWM；modeling and simulation1引言永磁同步电机(PMSM)广泛应用于诸如高性能机床进给控制、位置控制、机器人等领域。

中图分类号:T M 351　T M341 文献标识码:A 文章编号:100126848(2006)0920038204采用S VP WM 的永磁同步电动机系统建模与仿真安群涛,李　波,王有琨(哈尔滨工业大学电气工程系,哈尔滨　150001)摘　要:为了兼顾永磁同步电动机的成本和控制性能,在分析永磁同步电动机数学模型的基础上,基于Matlab/Si m ulink 建立了永磁同步电动机磁场定向控制系统仿真模型。

重点阐述了电压空间矢量脉宽调制(S V P WM )的原理及算法,给出了利用Si m ulink 的实现方法。

该模型较之以往论文给出的滞环电流控制型永磁同步电动机系统更具有普遍性和实用性。

仿真结果证明了该模型的有效性,并验证了其他控制算法,为永磁同步电动机系统的设计和调试提供了思路。

关键词:永磁同步电动机;磁场定向控制;建模;空间矢量脉宽调制M ode li ng an d S i m ula t ion of P M S M Syste m Usi n g SVPWMAN Qun 2tao,L I Bo,WANG Y ou 2kun(D e p t .of Electrical Engineering,Harbin Institute of Technol ogy,Harbin 150001,China)ABSTRAC T:A t the basis of analysis ofm odel of Per m anentMagnet Synchr onousMot or,this paper es 2tablished the si mula tion model of field 2orientated control syste m of P MS M ba sed on Matlab /Si m ulink .Princ i p le of S VP WM was expa tiated,and i m ple m ent m ethod was given in this pa per .The reas onabilityand validity have been testified by the si m ulation r e sults,other contr ol a rithm etic can be validated andthis method offers a thought w ay f or de signing and debugging ac tual mot ors .KEY W O RDS:P MS M;Field 2orienta ted contr ol;Syste m m odeling;S V P WM收稿日期5226修稿日期625250　引　言永磁同步电动机(P MS M )控制特性良好,结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、效率和功率因数高,已经逐步取代直流伺服电动机而用于高性能的伺服系统中[1]。

基于ＳＶＰＷＭ的永磁同步电机矢量控制仿真研究＊丁　硕１　崔总泽２　巫庆辉１　常晓恒１　胡庆功１（１．渤海大学工学院　锦州　１２１０１３；２．哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院　哈尔滨　１５０００１）摘　要：为了对高性能永磁同步电动机矢量控制系统进行准确分析，在分析永磁同步电机数学模型和空间矢量方法的基本原理的基础上，采用经典速度、电流双闭环控制方法建立了永磁同步电机空间矢量控制系统的仿真模型，详细说明了仿真系统模型的４个组成模块，并在ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下进行仿真实现。

仿真结果表明：系统构建方法简单，基于空间矢量控制方法的同步电动机系统的响应速度快，系统运行平稳，仿真波形与理论分析一致，验证了该仿真实验平台的有效性。

关键词：永磁同步电机；空间矢量脉宽调制；仿真；Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中图分类号：ＴＭ３０１．２　ＴＮ７１０．９ 文献标识码：Ａ 国家标准学科分类代码：５１０．８０２０Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｖｅｃｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔｉｃｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＳＶＰＷＭＤｉｎｇ　Ｓｈｕｏ１　Ｃｕｉ　Ｚｏｎｇｚｅ２　Ｗｕ　Ｑｉｎｇｈｕｉ　１　Ｃｈａｎｇ　Ｘｉａｏｈｅｎｇ１　Ｈｕ　Ｑｉｎｇｇｏｎｇ１（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｏｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｚｈｏｕ　１２１０１３，Ｃｈｉｎａ；２Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｈａｒｂｉｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５０００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｖｅｃｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ａ　ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ，ｉｎｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｖｅｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ａ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ　ｉｓ　ｅｓｔａｂ－ｌｉｓｈｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｌａｓｓｉｃ　ｓｐｅｅｄ　ａｎｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｕａｌ－ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐａｃｅ　ｖｅｃｔｏｒ　ｍｅｔｈｏｄ．Ａ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｏｕｒ　ｃｏｍｐｏ－ｎｅｎｔ　ｍｏｄｕｌｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｉｓ　ｇｉｖｅｎ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ｖｉａ　ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ．Ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｓｉｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄｏｎ　ｓｐａｃｅ　ｖｅｃｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｆａｓｔ，ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｒｕｎｓ　ｓｍｏｏｔｈｌｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｗａｖｅｆｏｒｍｓ　ａｒｅ　ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｉｓ　ｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ；ＳＶＰＷＭ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｓｉｍｕｌｉｎｋ　收稿日期：２０１４－０４＊基金项目：国家自然科学基金（６１１０４０７１）、辽宁省教育厅高校科研计划（Ｌ２０１０００２）资助项目１　引　言永磁同步电机具有结构简单、转矩脉动小、可高速运行等特点，在高精度伺服系统的执行器中得到广泛的应用。

基于SVPWM的永磁同步电机控制系统的仿真随着电动机在社会生产中的广泛应用，由于永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、转矩电流比高、转动惯量低，易于散热及维护等优点，特别是随着永磁材料价格的下降、材料的磁性能的提高、以及新型的永磁材料的出现，在中小功率、高精度、高可靠性、宽调速范围的伺服控制系统中，永磁同步电动机引起了众多研究与开发人员的青睐，其应用领域逐步推广，尤其在航空航天、数控机床、加工中心、机器人等场合已获得广泛的应用。

我国制作永磁电机永磁材料的稀土资源丰富，稀土资占全世界的80％以上，发展永磁电机具有广阔的前景。

第一章永磁同步电机的矢量控制原理1.1 永磁同步电机控制中应用的坐标系交流电机的数学模型具有高阶次，多变量耦合，非线性等特征，难以直接应用于系统的设计和控制，与直流电机单变量，自然解耦和线性的数学模型相比较，交流电机显得异常复杂。

因此需要通过适当的转换，将交流电机的控制变换为类似直流电机的控制将大大简化交流电机控制的复杂程度。

永磁同步电机矢量控制的基本思想是把交流电机当成直流电机来控制，即模拟直流电机的控制特点进行永磁同步电机的控制。

为简化感应电机模型，可将电机三相绕组电流产生的磁动势按平面矢量的叠加原理进行合成和分解，使得能够用两相正交绕组来等效实际电动机的三相绕组。

由于两相绕组的正交性，变量之间的耦合大大减小。

1.1.1系统中的坐标系1)三相定子坐标系(U-V-W坐标系)其中三相交流电机绕组轴线分别为U、V、W，彼此之间互差120度空间电角度，构成了一个U-V-W三相坐标系。

空间任意一矢量在三个坐标上的投影代表了该矢量在三个绕组上的分量。

2)两相定子坐标系(α-β坐标系)两相对称绕组通以两相对称电流也能产生旋转磁场。

对于空间的任意一矢量，数学描述时习惯采用两相直角坐标系来描述，所以定义一个两相静止坐标系，即α-β坐标系。

它的轴α和三相定子坐标系的A轴重合，β轴逆时针超前α轴90度空间电角度。

基于SVPWM的永磁同步电机控制目录1. 概述 (1)2. 仿真各模块介绍及参数设置 (3)3. 仿真结果 (6)4. MATLAB学习心得 (8)1.概述本次任务为设计一种基于SVPWM的永磁同步电机转速控制系统，采用PID控制算法，可以实现对永磁同步电机转速准确控制，仿真模拟了以下三个步骤：电机空载启动，空载调速和电机突然带载。

设计要求：1.要求对电机控制为dq轴电流解耦控制。

2.仿真要求电机的转速有较快的响应速度，且具有较好的稳定性。

3.可以实现无级调速，且仿真的误差与设定转速误差很小。

电机控制仿真的Simulink示意图和系统组成框图如图1-1和1-2所示：图1-1基于SVPWM永磁同步电机控制仿真图1-2基于SVPWM永磁同步电机控制系统组成框图系统是由转速调节模块、负载调节模块、PID控制模块、SPVPWM信号产生模块、永磁同步电机组成。

在用户预先设好转速与加载时间及大小后，控制系统就可以对永磁同步电机进行仿真。

具体原理如下：仿真中为实现对电机的控制，首先是将预计转速输入到PID模块中，产生控制晶闸管通断的SVPWM信号，再由SVPWM信号装置产生PWM信号以追踪永磁同步电机的磁链圆实现对永磁同步电机的转速控制。

以上所述为控制的前向通道，控制的反馈是将电机的q轴和d轴电流分两个闭环反馈给PID控制模块，用PID算法实现对永磁同步电机的精准控制。

MALTAB及其在电气工程中的应用2.仿真各模块介绍及参数设置2.1 PID控制模块PID控制模块是本次仿真的主要控制模块，本次仿真采用的是零d轴电流控制，通过调节q轴电流，控制电机转速，采用双闭环系统设计，将从永磁电机读取到的d轴电流和q轴电流以及当前电机的转速反馈回PID控制模块中。

PID控制模块的示意图如图2-1所示。

图2-1 PID控制模块示意图对电机转速和d轴电流的PID控制都是将实际的量与给定的控制量的对比，将误差传给PID模块，经对转速的PID控制以后，输出的为q轴电流值，将实际q轴电流与PID输出的对比结果再将控制信号输入给SVPWM产生装置。

基于SVPWM的永磁同步电机控制系统建模与仿真作者：董圣英,孙淑红来源：《现代电子技术》2010年第18期摘要:针对永磁同步电机结构复杂、模型非线性从而导致难以控制的问题,在分析永磁同步电机数学模型和SVPWM算法的基础上,利用Matlab/Simulink设计了一种基于SVPWM的永磁同步电机双闭环控制系统新模型,给出各子模块的具体设计模型。

对“积分斜率法”产生三角波脉冲的方法进行了改进, 最后对整个系统进行了仿真实验。

仿真结果验证了该模型的正确性和有效性,为实际PMSM控制系统的设计提供了参考依据。

关键词:矢量控制; 永磁同步电机; 双环控制系统; 积分斜率法中图分类号:TN919-34文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)18-0188-04Modeling and Simulation of PMSM Control System Based on SVPWMDONG Sheng-ying1,2, SUN Shu-hong1(1.Dezhou Vocational and Technical college, Dezhou 253034, China; 2.Shandong University, Jinan 250061, China)Abstract: Since the complex configuration of PMSM with model nonlinearity and control difficulty,the mathematical model of the PMSM and the algorithm of SVPWM are analyzed, a new model of PSMS double-loop control system based on SVPWM is designed with MATLAB/Simulink, and the concrete design model of each sub-module is given. A modified method of integral-slop for producing the triangle pulse is proposed. The simulation experiments for the whole system are carried out. The effective-ness and correctness of the model are verified by the simulation results. Therefore, a useful reference and basis are offered for the actual design of PSMS controlsystem.Keywords: vector control; PMSM; double-loop control system; method of integral-slop0 引言永磁同步电动机(PMSM)采用高能永磁体为转子,具有体积小、效率高、损耗小等优点被广泛应用于高精度数控机床和工业机器人等控制领域,而且PMSM转差为零的特点使其更适合于矢量控制[1]。

基于SVPWM的永磁同步电机直接转矩控制系统的建模与仿真史晓永;王步来;陈雪琴;高响【摘要】文章介绍了永磁同步电机直接转矩控制的原理，分析了传统直接转矩控制系统转矩脉动的缺点，并且将空间矢量脉宽调制技术引入永磁同步电机的直接转矩控制系统中，利用空间矢量的调制过程，可在相同的系统硬件条件下得到更多的、连续的电压空间矢量，进而得到对电机更准确的控制。

仿真结果表明，该方案既保持了直接转矩控制快速动态响应，又减小了电机转矩的脉动。

%This paper introduces the principle of direct torque control of permanent magnet synchronous motor,dis-cussed the disadvantages of the torque ripple of traditional direct torgue control system,and introduces the space vector pulse width modulation technique into the direct torque control system of permanent magnet synchronous motor.Under the same hardware conditions,the system can obtain more continuous voltage space vector by taking advantage of SVPWM. The simulation results show the program not only keep the direct torque control fast dynamic response,but also reduce the motor torque ripple.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】3页(P25-26,29)【关键词】永磁同步电机;直接转矩;转矩脉动;空间矢量脉宽调制【作者】史晓永;王步来;陈雪琴;高响【作者单位】上海海事大学，上海 201306;上海海事大学，上海 201306;上海海事大学，上海 201306;上海海事大学，上海 201306【正文语种】中文【中图分类】TM3511 直接转矩控制的基本思想对电机的统一转矩公式进行推导，可得永磁同步电机在M-T坐标系中的转矩方程为:式中，p为电机的极对数;|Ψs|为定子磁链的幅值;isT为定子电流在T轴的分量。

永磁同步电机 SVPWM控制及仿真毕业论文第一章绪论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。

永磁同步电机具有结构简单，体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率因数高等优点，在工农业生产中，有大量的生产机械要求连续的以大致不变的速度运行，例如风机、泵、压缩机、普通车床等。

这类机械设备大量采用普通三相感应电动机驱动，但感应电动机的效率和功率因数较低，能源浪费厉害。

随着社会对节能的重视和国家对高效电机和永磁电机的推广力度的加大，这些节能潜力大的设备都有被永磁电机和普通高效电机代替的需求。

而这些机械采用永磁电机则可获得比普通电机高得多的效率和功率因数。

在某些场合，负载率低，若采用普通电机，轻载时功率因数和效率低，经济运行范围窄，造成大量的电能浪费。

若采用永磁电机，部分设备可适当的降低电机容量，可以实现高效、高功率因数和宽广的经济运行范围，节约大量的电能。

在一些生产机械中，要求多台电动机同步运行。

普通电机的转速和电源频率之间没有严格的固定关系，随着负载的变化而变化，即使是同一厂家生产相同规格的感应电动机，其转速也有一定的差别，难以保证多台电动机以相同的转速运行。

永磁同步电动机的转速与电源频率之间有严格的固定关系，只要多台电动机的供电电源频率和电动机极对数相同，就可以方便的实现同步运行。

这在某些纺织设备上已得到很好的推广。

既节约了能源，又能很方便的实现电动机同步运行。

这对于国家提出的节能减排政策和国家社会主义现代化建设具有最要意义。

1.1.2 课题目的本课题以永磁同步电机为被控对象，设计了两种控制器，即传统的线性PI控制器和自适应的模糊控制策略。

永磁同步电动机的矢量控制可以获得很高的性能，该系统中控制器的设计对系统的性能起主要作用。

线性PI控制器的主要组成部分为比例—积分环节，积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。