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第 1 章绪论1.1 课题研究的背景1.1.1 永磁同步电机的发展状况永磁同步电机出现于20 世纪50 年代。
其运行原理与普通电激磁同步电机相同，但它以永磁体替代激磁绕组，使电机结构更为简单，提高了电机运行的可靠性。
随着电力电子技术和微型计算机的发展，20 世纪70 年代，永磁同步电机开始应用于交流变频调速系统。
20 世纪80 年代，稀土永磁材料的研制取得了突破性的进展，特别是剩磁高、矫顽力大而价格低廉的第三代新型永磁材料钕铁硼NdFeB的出现，极大地促进了永磁同步电机调速系统的发展。
尤其值得一提的是我国是一个稀土材料的大国，稀土储量和稀土金属的提炼都居世界首位。
随着稀土材料技术的不断发展，永磁材料的磁能积已经做的很高，价格也早就满足工业应用的需要，加上矢量控制水平的不断提高，永磁同步电动机越来越显出效率高、功率密度大、调速范围宽、脉动转矩小等高性能的优势。
使我国在稀土永磁材料和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际先进水平。
新型永磁材料在电机上的应用，不仅促进了电机结构、设计方法、制造工艺等方面的改革，而且使永磁同步电机的性能有了质的飞跃，稀土永磁同步电机正向大功率超高速、大转矩微型化、智能化、高性能化的方向发展，成为交流调速领域的一个重要分支12。
由于受到功率开关元件、永磁材料和驱动控制技术发展水平的制约，永磁同步电机最初都采用矩形波波形，在原理和控制方式上基本上与直流电机类似，但这种电机的转矩存在较大的波动。
为了克服这一缺点，人们在此基础上又研制出带有位置传感器、逆变器驱动的正弦波永磁同步电机，这就使得永磁同步电机有了更广阔的前景。
1.1.2 永磁同步电机控制系统的发展随着永磁同步电动机的控制技术的不断发展，各种控制技术的应用也在逐步成熟，比如SVPWM、DTC、SVM-DTC、MRAS 等方法都在实际中得到应用。
然而，在实际应用中，各种控制策略都存在着一定的不足，如低速特性不够理想，过分依赖于电机的参数等等，因此，对控制策略中存在的问题进行研究就有着十分重大的意义。
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]。
PMSM变频调速仿真小总结————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：目录一、仿真软件简介（一)MATLAB(二）Simulink二、永磁同步电动机（一）永磁同步电动机的结构与发展（二）永磁同步电动机的数学模型（三）永磁同步电动机变压变频调速的原理。
（四)永磁同步电动机变频起动过程分析参考文献一、仿真软件简介（一）MATLABMATLAB是Matrix Laboratory(矩阵实验室)的缩写,由主包、Simulink和工具箱组成。
它以复数矩阵作为基本计算单元,其特点为功能强大(具有数值计算和符号计算、计算结果和编程可视化、数学和文字统一处理、离线和在线计算等功能）、界面友善(MATLAB以复数处理作为计算单元，指令表达与标准教科书的数学表达式相近)、开放性强，目前已成为国际公认的最优秀的科技软件之一。
MATLAB在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
与FORTRAN，PASCALC，和C++等语言比较，利用MATLAB编程要简单的多。
MATLAB的内部函数库提供了相当丰富的函数，这些函数可以解决许多基本问题,除此之外,MATLAB还有各种工具箱：➢MATLAB主工具箱➢符号数学工具箱➢Simulink仿真工具箱➢控制系统工具箱➢信号处理工具箱➢图象处理工具箱➢通讯工具箱➢系统辨识工具箱➢神经元网络工具箱➢金融工具箱MATLAB是重要的电气仿真软件,其功能十分强大，可以应用于电力电子、电力拖动控制系统、电力系统等课程中实际问题的仿真。
（二）SimulinkSimulink是The MathWorks公司开发的用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具,是MATLAB最重要的组件之一。
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。
永磁同步电机空间矢量控制建模与仿真作者：左伟玲来源：《科技创新与应用》2014年第05期摘要：本设计通过了解和掌握永磁同步电机结构、特点和国内外学者对其最新研究成果，研究永磁同步电机控制理论中经常涉及到的矢量坐标系变换原理，在此基础上给出两种不同坐标系变换的数学模型，并在Matlab/Simulink建立坐标系变换仿真模型并进行仿真研究，然后对逆变器进行数学分析并掌握空间电压矢量脉宽调制的基本原理，设计永磁同步电机空间电压矢量脉宽调制控制系统，最后在Matlab/Simulink环境下进行建模与仿真，并给出仿真结果以及对仿真结果进行分析，仿真结果表明理论分析的正确性。
关键词：永磁同步电机；空间矢量控制；数学模型永磁同步电动机的定子绕组与一般交流电动机的定子绕组相同，转子采用永久磁铁，因此转子磁链（磁通）是恒定的，电动机方程（电压方程、磁链方程和转矩方程）相对于异步电动机来说都较为简单，在控制过程中，磁链的观测模型也不需要进行计算。
永磁同步电动机按定子绕组感应电势波形的情况来分类时，一般可分为：正弦波永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor， PMSM）和梯形波永磁同步电机（Brushless DC Motor，BLDC）。
介于前者在现实中应用更为广泛，本论文主要应用的也是正弦波永磁同步电机。
永磁同步电动机具有很多优点，这些优点也在实际应用中得到了很好的发挥，例如：根据它谐波少、转矩精度高的特点，常用于伺服系统和高性能的调试系统；永磁同步电机有转轴上无滑环和电刷的特点，这也解决了其它电机因电刷而带来的使用寿命问题。
与此同时，永磁同步电动机还具有体积小、功率密度高、转子转动惯量低、运行效率高、调速范围宽等诸多优点。
值得注意的是， PMSM是一种强耦合、非线性时变的多变量系统，这也为其控制工作带来了一定难度，而加强对其基本构造和工作原理的理解能有助于克服这一问题。
第1章绪论1.1 课题研究的背景1.1.1 永磁同步电机的发展状况永磁同步电机出现于20 世纪50 年代。
其运行原理与普通电激磁同步电机相同，但它以永磁体替代激磁绕组，使电机结构更为简单，提高了电机运行的可靠性。
随着电力电子技术和微型计算机的发展，20 世纪70 年代，永磁同步电机开始应用于交流变频调速系统。
由于受到功率开关元件、永磁材料和驱动控制技术发展水平的制约，永磁同步电机最初都采用矩形波波形，在原理和控制方式上基本上与直流电机类似，但这种电机的转矩存在较大的波动。
为了克服这一缺点，人们在此基础上又研制出带有位置传感器、逆变器驱动的正弦波永磁同步电机，这就使得永磁同步电机有了更广阔的前景。
1.1.2 永磁同步电机控制系统的发展随着永磁同步电动机的控制技术的不断发展，各种控制技术的应用也在逐步成熟，比如SVPWM、DTC、SVM-DTC、MRAS等方法都在实际中得到应用。
然而，在实际应用中，各种控制策略都存在着一定的不足，如低速特性不够理想，过分依赖于电机的参数等等，因此，对控制策略中存在的问题进行研究就有着十分重大的意义。
20世纪90年代后，随着微电子学及计算机控制技术的发展，高速度、高集成度、低成本的微处理器问世及商品化，使全数字化的交流伺服系统成为可能。
通过微机控制，可使电机的调速性能有很大的提高，使复杂的矢量控制与直接转矩控制得以实现，大大简化了硬件，降低了成本，提高了控制精度，还能具有保护、显示、故障监视、自诊断、自调试及自复位等功能。
另外，改变控制策略、修正控制参数和模型也变得简单易行，这样就大大提高了系统的柔性、1可靠性及实用性。
近几年，在先进的数控交流伺服系统中，多家公司都推出了专门用于电机控制的芯片。
能迅速完成系统速度环、电流环以及位置环的精密快速调节和复杂的矢量控制，保证了用于电机控制的算法，如直接转矩控制、矢量控制、神经网络控制等可以高速、高精度的完成。
非线性解耦控制、人工神经网络自适应控制、模型参考自适应控制、观测控制及状态观测器、线性二次型积分控制及模糊智能控制等各种新的控制策略正在不断涌现，展现出更为广阔的前景。
永磁同步电机的空间矢量脉宽调制（SVPWM）原理及仿真研究永磁同步电机在伺服控制系统应用中得了迅速的发展，其优越的调速性能，克服了直流伺服电动机机械式换向器和电刷带来的一系列限制。
文章主要介绍了空间矢量脉宽调制原理及算法流程；在Matlab7.6.0＼simulink建模仿真平台上搭建了基于SVPWM算法的永磁同步电机控制系统的仿真模型，且对模型进行了系统仿真。
标签：永磁同步电机；算法；仿真1 引言随着电力电子的发展，正弦脉宽调制（SPWM）在交流调速系统中得到了广泛应用，经典的SPWM控制主要是将电压变频器的输出电压尽量接近正弦波，但并未估计输出电流的波形，同时，还产生高次谐波分量引起电动机发热、转矩脉动，甚至使系统振荡。
而电压矢量控制（SVPWM）是从输出电压的角度出发，目的在于可以生成一个可以调频调压的三相对称正弦供电电源，SVPWM是一种优化的PWM控制技术，能明显减小逆变电路输出电流的谐波成分及电机的谐波损耗，降低转矩脉动，且其控制简单，数字实现方便，电压利用率高，在交流伺服系统中得了广泛应用。
本文将详细介绍基于SVPWM的原理以及永磁同步电机控制算法，用Matlab7.6.0＼simulink软件进行建模、仿真。
2 空间矢量脉宽调制（SVPWM）原理当用三相平衡的正弦电压向交流电动机供电时，电动机的定子磁链空间矢量幅值恒定，并以恒速旋转，磁链矢量的运动轨迹形成圆形的空间旋转磁场（磁链圆），从而产生恒定的电磁转矩，所以只要按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变电路向交流电动机提供可变频电源，并能保证电动机形成定子“磁链圆”，这种控制方法称作“磁链跟踪控制”，磁链的轨迹是交替使用不同的电压空间矢量得到的，所有又称“电压空间矢量PWM控制，即SVPWM”。
三相逆变电路输出状态共有8种开关模式，其中000和111开关模式时逆变电路电压输出为零，这两种开关模式成为零状态。
所以有效开关模式为6种，由6种开关模式和线电压的关系可以得出基本电压空间矢量，见图1，相邻空间矢量的矢量间隔为60°，而两个零矢量幅值为零，位于中心。
