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基于矢量控制的永磁同步电机调速系统研究近年来，随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电机得以迅速推广应用。
永磁同步电机具有体积小、损耗低、效率高等优点，在节约能源和环境保护日益受到重视的今天，对它的研究就显得更有必要。
1永磁同步电机的数学模型为了便于分析，在建立数学模型时常忽略一些影响较小的参数，做如下假设：(1)忽略电动机铁心的饱和；(2)不计电动机中的涡流和磁滞损耗；(3)定子和转子磁动势所产生的磁场沿定子内圆是按正弦分布的，即忽略磁场中的所有空间谐波；(4)各相绕组对称，即各相绕组的匝数和电阻相同，各相轴线相互位移同样的电角度。
在分析同步电机的数学模型时，常采用坐标变换的方式，常用的坐标系有两相同步旋转坐标系为dq坐标系和两相静止坐标系为αβ坐标系。
故可以得到永磁同步电动机在幽旋转坐标系下(见图1)的数学模型为：若电机为隐极电机，即Ld=Lq，选取定子电流id，iq及电机机械角速度ω为状态变量，可以得到永磁同步电机的状态方程如下式所示：从上式中可以发现，三相永磁同步电机是一个多变量系统，而且id，iq，ω之间存在着非线性耦合关系，要想实现对三相永磁同步电机的高性能控制，是一个颇具挑战性的课题。
2永磁同步电机矢量控制高性能的交流调速系统需要现代控制理论的支撑，对于交流电机，目前使用最广泛、并已经在实际系统中应用的当属矢量控制理论。
1971年，由F．Blaschke教授提出的矢量控制理论，矢量控制基本原理是：以转子磁链这一旋转空间矢量为参考坐标，将定子电流分解为相互正交的2个分量，一个与磁链同方向，代表定子电流励磁分量，另一个与磁链方向正交，代表定子电流转矩分量，然后分别对其进行独立控制，获得像直流电机一样良好的动态特性。
永磁同步电机数学模型经过坐标变换后，id，iq之间仍存在着耦合，不能实现对id和iq的独立调节。
如果要获得永磁同步电机良好的动、静态性能，就必须解决id，iq电流的解耦问题。
基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统
钱昊;赵荣祥
【期刊名称】《机电工程》
【年(卷),期】2006(023)005
【摘要】在高性能的伺服控制系统中,永磁同步电机已逐渐成为最主要的执行元件.介绍了基于TMS320F240的永磁同步电机矢量控制系统,并给出了其硬件电路和软件的设计思想.
【总页数】4页(P12-15)
【作者】钱昊;赵荣祥
【作者单位】浙江大学,电气工程学院,浙江,杭州,310027;浙江大学,电气工程学院,浙江,杭州,310027
【正文语种】中文
【中图分类】TM351
【相关文献】
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2.基于DSP的混合动力汽车永磁同步电机的矢量控制系统 [J], 夏若飞;祝龙记;朱红;陆康
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4.基于dSPACE的永磁同步电机矢量控制系统研究 [J], 陈静;陆锦生;陈国振;刘侯
5.基于DSP28335的永磁同步电机PI矢量控制系统设计 [J], 洪锋;冒国均;陈国真
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《永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计》篇一摘要：随着现代工业的快速发展，永磁同步电机（PMSM）以其高效率、高精度和良好的调速性能，在工业自动化、新能源汽车、航空航天等领域得到了广泛应用。
本文针对永磁同步电机矢量控制系统展开研究与设计，通过深入分析其控制策略与系统结构，提高电机控制的准确性与稳定性。
一、引言永磁同步电机（PMSM）是一种依靠永磁体产生磁场的同步电机，具有结构简单、运行效率高等优点。
而矢量控制技术作为一种先进的控制方法，可以实现对永磁同步电机的精确控制。
本文旨在研究与设计一种高性能的永磁同步电机矢量控制系统，以提高电机的运行性能和效率。
二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机的基本原理是利用永磁体产生的磁场与定子电流产生的磁场相互作用，实现电机的转动。
其运行性能与电机的参数、控制策略等密切相关。
因此，了解电机的运行原理和特性，是进行矢量控制系统设计的基础。
三、矢量控制技术分析矢量控制技术是一种先进的电机控制方法，通过精确控制电机的电流分量，实现对电机转矩和转速的精确控制。
本文将深入分析矢量控制技术的原理、方法及优点，为后续的系统设计提供理论依据。
四、系统结构设计系统结构设计是永磁同步电机矢量控制系统的关键部分。
本文将设计一种以数字信号处理器（DSP）为核心的控制系统，包括电源模块、电流检测模块、速度检测模块、控制器模块等。
通过合理的系统结构设计，实现电机的高效、稳定运行。
五、控制策略研究在控制策略方面，本文将采用基于空间矢量脉宽调制（SVPWM）的矢量控制方法。
通过对电机的电流分量进行精确控制，实现对电机转矩和转速的精确控制。
同时，将引入现代控制理论，如模糊控制、神经网络控制等，进一步提高系统的控制性能和鲁棒性。
六、仿真与实验分析为了验证所设计系统的可行性和有效性，本文将进行仿真与实验分析。
通过建立电机的仿真模型，对所设计的矢量控制系统进行仿真测试。
同时，将在实际电机上进行实验测试，分析系统的运行性能和控制效果。
目录摘要........................................................... I II ABSTRACT........................................................... I V 第一章绪论.. (1)1.1课题研究的背景 (1)1.2永磁交流伺服系统控制理论的发展 (1)1.3永磁交流伺服控制系统的发展趋势。
(2)1.4论文研究的主要内容 (3)第二章永磁同步电机的矢量控制原理 (4)2.1永磁同步电机的内部结构和种类 (4)2.2电机控制中用到的坐标系 (4)2.2.1系统中的坐标系 (5)2.2.2由三项平面坐标系向两相平面坐标系（Clarke变换） (6)2.2.3两相静止直角坐标系向两相旋转直角坐标系变换（Park变换） (7)2.2.4永磁同步电机d—q轴数学模型 (8)2.3转子磁链定向矢量控制理论 (9)2.4同步电机的矢量控制 (10)第三章PMSM控制系统的MATLAB仿真 (13)3.1MATLAB动态仿真工具S L MULINK简介 (13)3.2永磁同步电机仿真模型的建立 (13)3.2.1逆变器 (14)3.2.2空间矢量PWM发生模块的建立 (18)3.2.3判断电压矢量所属的扇区及仿真实现 (18)3.2.4计算X,Y,Z，T1和T2，以及其仿真实现 (19)3.2.5计算开关作用时间 (21)3.2.6生成PWM波形 (21)3.2.7基于SVPWM的永磁同步电机控制系统的仿真模型 (22)3.3：双闭环仿真系统的建立和控制器参数调整 (23)3.3.1双闭环仿真系统的建立 (23)3.3.2仿真结果 (25)第四章结束语 (27)工作总结及评价 (27)致谢.............................................. 错误！未定义书签。
永磁同步电机控制系统设计与仿真目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 永磁同步电机的发展概况与研究现状 (1)1.2 永磁同步电机的研究意义 (2)1.3 论文主要研究内容 (3)2 永磁同步电机系统 (4)2.1 永磁同步电机的分类和结构 (4)2.2 永磁同步电机的工作原理和特点 (4)2.3 永磁同步电机数学模型 (6)3 永磁同步电机控制策略 (8)3.1 恒压频比控制 (8)3.2 矢量控制 (8)3.2.1 矢量控制的组成和原理 (9)3.2.2 矢量控制的控制方式 (10)3.2.3 矢量控制的坐标变换 (11)3.2.4 矢量控制的基本方程 (16)3.3 直接转矩控制 (17)3.3.1 定子磁链控制 (18)3.3.2 空间矢量控制 (21)3.4 直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较 (21)3.5 小结 (22)4 基于Matlab/Simulink的永磁同步电机矢量控制系统仿真 (23)4.1 电压空间矢量脉宽调制原理 (23)4.1.1 电压空间矢量 (23)4.1.2 零矢量的作用 (25)4.1.3 空间电压矢量控制算法 (26)4.2 坐标变换模块 (27)4.3 SVPWM模块 (28)4.3.1 扇区选择 (28)4.3.2 计算X、Y、Z和TX 、TY定义 (28)4.3.3 计算矢量切换点Tcm1，Tcm2，Tcm3 (29)4.4 PMSM闭环矢量控制仿真模型 (31)4.5 仿真结果 (31)4.6 结束语 (32)5 结论 (33)5.1 研究总结 (33)5.2 未来研究方向和展望 (34)致谢 (35)参考文献 (36)永磁同步电机控制系统设计与仿真摘要由于永磁同步电机具有体积小、功率密度大、效率和功率因数高等明显特点，从70年代末开始，永磁同步电机就得到广泛重视。
随着高性能永磁材料的发展和价格的不断下降，永磁电机的应用越来越广泛。
基于DSP永磁同步电动机矢量控制系统的设计王春民;孙淑琴;安海忠;周游【期刊名称】《吉林大学学报（信息科学版）》【年(卷),期】2008(026)004【摘要】为了在运动控制领域提供一种将新型芯片与控制算法相结合的方法,在永磁同步电机矢量控制的基本原理的基础上,提出了一种用最新的芯片TMS320F2812实现永磁电机矢量控制系统的设计方案,在C2000平台的CCS3.1环境下设计软件程序实现系统的控制.进行了系统的测试,给出了测试结果,结果表明空间电压矢量脉宽调制(SVPWM:Space Vector Pulse Width Modulation)控制系统的软硬件设计的合理性与正确性以及永磁同步电机闭环矢量控制系统的可靠性.该闭环控制系统具有启动快、响应快和控制精度高等特点.该系统为基于DSP(Digital Signal Processor)永磁同步电机矢量控制系统的研究和开发提供可行性方案.【总页数】4页(P343-346)【作者】王春民;孙淑琴;安海忠;周游【作者单位】吉林大学,仪器科学与电气工程学院,长春,130061;吉林大学,仪器科学与电气工程学院,长春,130061;吉林大学,仪器科学与电气工程学院,长春,130061;吉林大学,仪器科学与电气工程学院,长春,130061【正文语种】中文【中图分类】TM351【相关文献】1.基于DSP的永磁同步电动机矢量控制系统研究 [J], 赵飞;李淑云;贾文斌2.基于DSP的永磁同步电动机矢量控制系统 [J], 张鹏飞;杜坚;罗宾;叶洪海;王红霞3.基于DSP的永磁同步电动机矢量控制系统的研究 [J], 苏祖全;邓友娥;颜志森4.双DSP结构的永磁同步电动机矢量控制系统 [J], 闫治安;易萍虎;顾捷5.基于DSP28335的永磁同步电机PI矢量控制系统设计 [J], 洪锋;冒国均;陈国真因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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诚 信 声 明 本人声明： 1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果； 2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料； 3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。
作者签名： 日期： 年 月 日 湖南工程学院 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 ————☆————
设计（论文）题目： 基于DSP的永磁同步电动机矢量控制系统研究 姓名 周琳 系别 应用技术学院 专业 电气工程及其自动化 班级 0786 学号 200713010616 指导老师 颜渐德 教研室主任 谢卫才 一、基本任务及要求： 1）掌握矢量控制的基本原理。 2）掌握永磁同步电动机矢量控制系统。 3）利用MATLAB软件仿真，分析。 4)硬件设计及软件设计 二、进度安排及完成时间： 2月20日：布置任务，下达设计任务书
2月21日——3月10日：查阅相关的资料（总参考文章15篇，其中2篇以上IEEE的相关文章）。 3月13日——3月25日：毕业实习、撰写实习报告 3月27日——5月30日：毕业设计、4月中旬毕业设计中期抽查 6月1日——6月7日：撰写毕业设计说明书（论文） 6月8日——6月10日：修改、装订毕业设计说明书（论文），并将电子文档上传FTP。 6月11日——6月12日：毕业设计答辩 目 录 摘 要 ..................................................................... I ABSTRACT ................................................................. II 第１章 概述 .............................................................. 1 1.1 永磁同步电动机的发展概况及应用前景 .................................. 1 1.1.1 永磁同步电动机发展概况 .......................................... 1 1.1.2 永磁同步电动机特点及应用 ........................................ 2 1.2 永磁同步电动机控制系统的发展现状与趋势 .............................. 3 1.3课题研究的背景及本文的主要研究内容 .................................. 4 1.4本课题的研究意义 .................................................... 5
第2章 永磁同步电动机的结构及其数学模型 .................................. 7 2.1 永磁同步电动机的结构 ................................................ 7 2.2 永磁同步电动机的数学模型 ............................................ 8 2.2.1 永磁同步电机在静止坐标系(UVW)上的模型 ......................... 8 2.2.2 永磁同步电机在两相静止坐标系()上的模型方程 ................ 10 2.2.3 永磁同步电机在旋转坐标系(dq)上的数学模型 ..................... 12
第3章 永磁同步电机矢量控制及空间矢量脉宽调制 ........................... 16 3.1 永磁同步电机的控制策略 ............................................. 16 3.1.1永磁同步电机外同步控制策略 ...................................... 16 3.1.2 永磁同步电机自同步控制策略 ..................................... 16 3.1.3 永磁同步电动机的弱磁控制 ....................................... 19 3．2 空间矢量脉宽调制(SVPWM) ........................................... 19 3.2.1 空间矢量脉宽调制原理 ........................................... 19 3.2.2 空间矢量脉宽调制实现 ........................................... 22 3.3 PI控制器的设计 ..................................................... 24 3.3.1 电流环PI控制器的设计 .......................................... 24 3.3.2 速度环PI控制器的设计 .......................................... 25
第4章 系统仿真模型 ..................................................... 26 4.1 MATLAB仿真工具箱简介 ............................................... 26 4.2闭环控制系统仿真 ................................................... 27 4.3 仿真结果及分析 ..................................................... 31
第5章 永磁同步电机控制器的硬件设计 ..................................... 34 5.1 功率变换单元的设计 ................................................. 34 5.1.1 三相桥式主电路 ................................................. 35 5.1.2 IR2130驱动器 ................................................... 36 5.1.3 信号隔离电路 ................................................... 38 5.2 检测单元的设计 ..................................................... 38 5.2.1位置检测单元的设计 .............................................. 38 5.2.2 电流检测电路 ................................................... 40 5.2.3 电压检测电路 ................................................... 40 5.3 控制器的设计 ....................................................... 41 5.3.1 DSP的特点和资源 ................................................ 42 5.3.2 系统设计中所用的DSP硬件资源 ................................... 43 5.4 电平转换 ........................................................... 44 5.5 保护电路的设计 ..................................................... 45 5.5.1 过流保护电路 ................................................... 45 5.5.2 过压保护电路 ................................................... 46 5.5.3 上电保护电路 ................................................... 46 5.5.4 系统保护电路 ................................................... 47
第6章 永磁同步电机控制器的软件设计 ..................................... 48 6.1 DSP软件一般设计特点 ................................................ 48 6.1.1 公共文件目标格式 ............................................... 48 6.1.2 Q格式表示方法 ................................................ 49 6.2 控制系统软件的总体结构 ............................................. 50 6.3 控制系统子程序设计 ................................................. 53 6.3.1 位置和速度计算 ................................................. 53 6.3.2 速度、电流PI控制 .............................................. 55 6.3.3 电流的采样与滤波 ............................................... 56 6.3.4 坐标变换软件实现 ............................................... 58 6.3.5 正余弦值的产生 ................................................ 58 6.3.6 空间矢量PWM程序 ............................................... 59
