基于simulink的永磁同步电机驱动系统仿真

科技与创新┃Science and Technology &Innovation·148·2020年第17期文章编号：2095－6835（2020）17－0148－02基于Matlab Simulink 的同步发电机励磁系统模型的研究岳文超（连云港供电公司，江苏连云港222000）摘要：介绍了电力系统动态建模方法，对同步发电机励磁系统的构建进行了深入研究。

着眼电网的实际需求，探究使用Maltlab Simulink 模拟程序搭建电源励磁系统的数学模型，模拟获得符合实际情况的调节器设置参数，调整各参数，从而得出符合实际的励磁系统的数学模型和参数，验证了Maltlab 对电力系统进行研究的有效性和可行性。

关键词：Matlab Simulink ；励磁系统；仿真计算；数学模型中图分类号：TM31文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2020.17.064随着电网的范围增大，网载负荷能力增强，电网安全也面临着挑战。

发电机的励磁控制系统可以稳定频率和电压的波动，改善动态品质，提高抗干扰能力，对防止电网事故扩大起着重要作用。

建立励磁系统模型进行研究，可以精确评估电网暂态稳定性，方便对电网进行事故预想。

以往的模型动态指标采用经验值或默认值，往往与实际不符，且软件复杂，不能满足一般工作人员的需求。

且Matlab 具有更好的兼容性和友好的人机互动，应用前景巨大。

所以，利用Matlab 对励磁系统模型进行分析，一方面，可以节省分析者的时间成本；另一方面，可以提升模拟分析的的精度和指导价值。

1励磁系统工作模型原理解析励磁系统由以下两部分构成：向发电机绕组提供可控直流电流，用于建立稳定的直流磁场，称之为励磁输出模块；在正常运行或发生事故时调节及励磁电流以满足相关需求，包括励磁调节、强励磁、强减磁和自灭磁等，称为励磁控制模块。

励磁调节器与发电机的电压、电流等状态量构建联系，以预先设置的调节参数对励磁功率模块发出控制信号，控制励磁功率模块的输出，从而控制整个发电系统。

MATLABSIMULINK永磁同步电机矢量控制系统仿真一、本文概述随着电机控制技术的快速发展，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）在工业、交通和能源等领域的应用越来越广泛。

矢量控制作为PMSM的一种高效控制策略，能够实现对电机转矩和磁链的精确控制，从而提高电机的动态性能和稳态性能。

然而，在实际应用中，矢量控制系统的设计和调试过程往往复杂且耗时。

因此，利用MATLAB/Simulink进行永磁同步电机矢量控制系统的仿真研究，对于深入理解矢量控制原理、优化控制策略以及提高系统性能具有重要意义。

本文旨在通过MATLAB/Simulink平台，建立永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型，并对其进行仿真分析。

本文将对永磁同步电机的基本结构和数学模型进行介绍，为后续仿真模型的建立提供理论基础。

本文将详细阐述矢量控制策略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，本文将利用MATLAB/Simulink中的电机控制库和自定义模块，搭建永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型，并对其进行仿真实验。

本文将根据仿真结果，对矢量控制系统的性能进行分析和评价，并提出优化建议。

通过本文的研究，读者可以全面了解永磁同步电机矢量控制系统的基本原理和仿真实现方法，为后续的实际应用提供有益的参考和指导。

本文的研究结果也为永磁同步电机控制技术的发展和应用提供了有益的探索和启示。

二、永磁同步电机数学模型永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种高性能的电机，广泛应用于各种工业领域。

为了有效地对其进行控制，我们需要建立其精确的数学模型。

PMSM的数学模型主要包括电气方程、机械方程和磁链方程。

PMSM的电气方程描述了电机的电压、电流和磁链之间的关系。

在dq旋转坐标系下，电气方程可以表示为：V_d &= R_i I_d + \frac{d\Phi_d}{dt} - \omega_e \Phi_q \ V_q &= R_i I_q + \frac{d\Phi_q}{dt} + \omega_e \Phi_d其中，(V_d) 和 (V_q) 分别是d轴和q轴的电压；(I_d) 和 (I_q) 分别是d轴和q轴的电流；(\Phi_d) 和 (\Phi_q) 分别是d轴和q轴的磁链；(R_i) 是定子电阻；(\omega_e) 是电角速度。

基于SIMULINK的永磁同步电机控制系统的仿真设计中文摘要在MATLAB/SIMULINK中建立独立的功能模块主要有：PMSM本体模块、矢量控制模块、电流滞环控制模块、速度控制模块等。

同时进行功能模块的有机整合，搭建PMSM控制系统的仿真模型采用双臂环控制，速度环采用PI控制，电流环采用滞环电流控制。

仿真结果证明了该方法的有效性，同时该模型也适用于验证其他控制算法的合理性，为实际电机控制系统的设计和调试提供的新的思路。

为了实现高性能的电流环控制，对比了常规电流滞环控制和三角波载波比较方式的电流滞环控制。

在MATLAB中搭建了两种电流滞环控制方式的仿真模型，通过仿真得出采用常规电流滞环控制对系统的整体性能影响比较大，而采用三角载波比较方式的电流滞环控制容易获得良好的控制效果。

采用三角载波比较方式的电流滞环控制的仿真结果进一步验证了本文分析的正确性，并且为系统的整体设计提供了理论基础。

关键词：永磁同步电动机；SIMULINK；电气系统模型库Simulation of control system for the Permanent MagentSynchronousAbstractThe paper as the example of the control system of permanent synchronous motor, mainly introduces how to get the simulation of AC driven system under the environment of SIMULINK by using the toolbox of power system, then discusses the effect of adjuster PI on the revolution during suddenly changed load.In MATLAB/SIMULINK it establishes the independent function modules; PMSM body module, vector control module, the current hysteresis control, speed control module, function module and so on. At the same time, it integrates the function module and establishes the simulation module of PMSM control system. this system adopts double closed-loop control system, the PI control the speed loop, the sluggish loop electric current controls electric current loop the simulation result proves the effective method of the indeperdent function modules. This model also applies to test and verify the reasonableness of thought for both design of practical electrical engineering control system and debugging.For the sake of high-performance current-loop in position servo system, we studied general hysteresis-band current-control and triangular carrier wave hysteresis-band current-control. Simulation models of the two mode were build in MATLAB, by the simulation analysis, we can know that general hysteresis-band current-control will seriously influence on performance of system, and triangular carrier wave hysteresis-band current-control can be used for good control performance. When triangular carrier wave hysteresis-band current-control was used, analytical results are good agreement with the feasible simulation results, and the results can provide theoretical basis for the design of servo system.Key words: permanent magnet synchronous motor; SIMULINK; toolbox of power system.目录第一章前言 (1)1.1课题研究背景 (1)1.1.1永磁同步电机发展状况 (1)1.1.2永磁同步电机控制系统的发展 (1)1.1.3计算机仿真技术的发展 (3)1.2MATLAB简介 (3)1.2.1 MATLAB软件的简介 (3)1.2.1 MATLAB仿真工具箱简介 (8)1.3本文主要任务 (9)第二章永磁同步电机的结构及其数学模型 (9)2.1永磁同步电机的概述 (9)2.1.1 同步电机的基本工作原理 (9)2.1.2 永磁同步电机的基本结构及其分类 (9)2.1.3 永磁同步电机的特点与应用 (11)2.2永磁同步电机的数学模型 (13)2.2.1 电压平衡方程 (14)2.2.2 磁链方程及感应电动势方程 (15)2.3永磁同步电机在各个坐标系下的数学模型 (17)2.3.1 磁同步电机A-B-C坐标下数学模型 (17)α-坐标系下数学模型 (18)2.3.2 磁同步电机β2.3.3 永磁同步电机d-q坐标系下数学模型 (18)第三章永磁同步电机控制系统工作原理 (19)3.1PWM（PULSE-WIDTH MODULATION）技术 (19)3.2PMSM控制系统的组成 (22)3.3PMSM控制系统的运行原理 (23)第四章永磁同步电机控制系统仿真设计 (24)4.1D-Q坐标系与ABC三相坐标系转换 (24)4.2PI调节器 (27)4.3利用SIMULINK构建PMSM控制系统仿真模型 (30)4.4仿真结果 (31)全文总结 (35)致谢 (36)参考文献 (37)附录 (38)第一章前言1.1课题研究背景1.1.1 永磁同步电机发展状况永磁同步电机出现于20世纪50年代。

matlab simulink 永磁同步电机概述及解释说明1. 引言1.1 概述在电力传动领域中，永磁同步电机已成为一种重要的电机类型。

相比于传统的感应电机和直流电机，永磁同步电机具有高效率、高功率密度和较低的维护成本等优势。

随着现代工业对能源效率和环境保护的日益重视，永磁同步电机在工业应用中得到了广泛的推广和应用。

本文将介绍永磁同步电机及其与Matlab Simulink的结合。

首先，我们将简要介绍Matlab Simulink软件以及其在工程领域中的应用。

接下来，我们将详细介绍永磁同步电机的基本原理、结构特点以及在工业中的实际应用情况。

然后，我们将重点讲解如何使用Matlab Simulink建模永磁同步电机，并通过仿真设计过程详解该方法的具体操作步骤。

最后，我们将分析仿真结果，评估永磁同步电机性能以及控制策略调整优化方法论述与解释。

1.2 文章结构本文共分为五个部分：引言、Matlab Simulink简介、永磁同步电机简介、Matlab Simulink建模永磁同步电机原理及方法解析以及结论与展望。

在引言部分，我们将概述本文的主要内容和结构安排，为读者提供一个整体的框架。

接下来的各个部分将逐一介绍Matlab Simulink软件、永磁同步电机以及它们之间的关联，并详细解释如何使用Matlab Simulink建模永磁同步电机以及评估其性能和优化控制策略。

最后，我们将总结全文观点并对未来永磁同步电机建模与控制策略设计进行展望。

1.3 目的本文的目的是介绍Matlab Simulink和永磁同步电机，并阐述它们之间的关系。

通过对Matlab Simulink建模永磁同步电机过程的详细解释，读者可以了解到使用该软件进行系统建模和仿真的好处，并且理解永磁同步电机在工业中的应用情况以及其优势和局限性。

此外，我们还将分享一些调整优化方法，帮助读者评估永磁同步电机性能并设计出更高效的控制策略。

通过本文的阅读，读者将对Matlab Simulink和永磁同步电机有更深入的了解，并对未来的相关研究和应用有所展望。

电力驱动系统的动态过程，指在控制信号的作用下，系统从初始状态（转速n=0）到达稳定状态（电磁转矩T cm =负载转矩T L ）的响应过程。

在该过程中，动态曲线是否收敛、动态性能指标（上升时间t r 、峰值时间t p 、调节时间t s 、超调量σ等）能否满足要求，都直接关系到系统能否迅速平稳地过渡到稳态。

然而，由于系统本身结构的原因，往往存在动态过程振荡厉害、调节时间过长以及依靠参数调整无法稳定的系统（特征方程缺项）。

例如，电机在直接启动环节，电枢电流过大[1]，若调节时间t s 太长，机组将面临被烧毁的危险。

因此，改善系统的动态性能至关重要。

将PI 控制器应用于电力拖动系统，并对其动态过程仿真，有助于了解动态环节的相关参数，并实施调节，改善电机的动态性能。

1PI 控制器电驱拖动系统Simulink 模型的构建电力驱动系统，一般由控制设备、电动机、传动机构、生产机械和电源等部件构成。

其相互关系如图1所示。

基于电力驱动系统的结构，采用系统最严峻的工作状态-阶跃输入为典型输入信号。

假设初始状态，电机转速为0，其数学描述定义为：r （t ）=0，t ＜0A ，t ≥0嗓（1）拉普拉斯变换式为：L[A ·1（t ）]=AS（2）式中，A 为阶跃函数的阶跃值。

引入PI 控制器环节as+10.85s ，即在系统中加入比例-积分环节（Proportional Integral controller ）。

其主要原理[2]是：补全不稳定系统的前向通道的缺项，使其首先成为一个稳定系统。

然后在此基础上，通过系数的调节，达到改善指标，减少误差的目的。

在Simulink 模块[3]构建系统结构图，电力驱动系统结构模型如图2所示。

2电机驱动控制系统的仿真2.1直接控制仿真电机驱动控制系统的直接仿真，即采用PI 控制器的默认参数a=0.17（通常系数取一个较小值）直接在Simulink 里面进行迭代计算。

其仿真结果属未改进系统性能前的直接控制效果，动态性能计算如图3所示。

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。