永磁直流电动机的Simulink建模仿真教学

目录1 引言 (1)1.1 课题的背景与意义 (1)1.1.1 课题背景 (1)1.1.2 课题意义 (1)1.2 永磁电机发展概况 (1)2 机电能量转换和拉格朗日方程 (2)2.1 机电能量转换 (2)2.2 三相同步电机电磁转矩 (7)2.3 拉格朗日方程 (9)3 三相永磁同步电机的数学模型 (11)3.1 三相PMSM的基本数学模型 (11)3.2 三相PMSM的坐标变换 (13)3.2.1 Clark变换 (13)3.2.2 Park变换 (14)3.3 同步旋转坐标系下PMSM的数学模型 (14)4 三相永磁同步电机的矢量控制 (16)4.1 转速环PI调节器的参数整定 (16)4.2 电流环PI调节器的参数整定 (17)4.3 三相PMSM矢量控制系统的仿真 (19)4.3.1 仿真建模 (19)4.3.2 仿真结果分析 (22)总结 (23)参考文献 (23)三相永磁同步电机矢量控制建模与仿真摘要：永磁同步电机具有体积小、效率和功率因数高等优点，因此越来越多的应用在各种功率等级的场合。

永磁同步电机的控制是永磁同步电机应用的关键技术，永磁同步电机的结构特点使得采用矢量控制系统有很大的优势。

本文首先分析了永磁同步电机矢量控制的发展概况，然后从机电能量转换的角度出发，解释三相永磁同步电机的机电能量转换原理，推导拉格朗日运动方程。

此外，列写出永磁同步电机在三相静止坐标系和dq坐标系下的数学模型。

基于Simulink建立了转速电流双闭环矢量控制系统的仿真模型，通过对仿真结果分析，验证了永磁同步电机矢量控制系统性能的优越性。

关键词：永磁同步电机，矢量控制，Simulink1 引言1.1 课题的背景与意义1.1.1 课题背景交流电机的控制性能在磁场定向矢量控制技术提出后才有了质的飞跃。

磁场定向矢量控制技术采用的是励磁电流和转矩电流的解稱控制，兼顾磁场和转矩的控制，克服了交流电机自身耦合的缺点。

基于Simulink的直流调速系统的设计与仿真摘要调速系统做为当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一种系统，随着生产工艺、产品质量要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速。

当前控制系统已进入了计算机时代，在许多领域已实现了智能化控制。

直流调速系统凭借优良的调速特性，调速平滑、围宽、精度高、过载能力大、动态性能好、易于控制以及良好的起、制动性能等优点，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，所以研究直流调速系统有着十分必要和重要的意义。

本文以直流调速系统为主要研究对象，首先阐明了该课题研究的目的与意义，具体介绍了开环，单闭环和双闭环直流调速系统的设计和建立Matlab/Simulink 仿真模型的过程，得出转速及电流的仿真波形并与理想启动的转速及电流波形做对比。

分析并比较开环，单闭环和双闭环的优缺点。

关键词：直流调速系统；Simulink；开环；单闭环；双闭环DC SPEED CONTROL SYSTEM BASED ON SIMULINK DESIGN AND SIMULINKAbstractAs today's electric drive speed control system automatic control system of the most widely used system, with the production process, and continuously improve product quality requirements and production growth, making more and more production machinery required to achieve automatic speed . Current control system has entered the computer age, has been achieved in many areas of intelligent control. DC drive system with excellent speed characteristics, smooth speed, wide range, high precision, large overload capacity, good dynamic performance, easy to control and good starting and braking performance, etc., can meet the production process automation system each different kinds of specific operational requirements, the study DC speed control system has a very necessary and important. In this paper, DC speed control system as the main research object, first to clarify the purpose and significance of the research, specifically describes the open-loop, single-loop and double-loop DC speed control system design and build Matlab / Simulink simulation model of the process, too the speed and current simulation waveform and the ideal starting speed and current waveforms do comparison. Analyze and compare the open-loop, single loop and double loop advantages and disadvantages. Experimental results show that the simulation speedperformance with consistent theoretical derivation.Keywords: DC speed control system;Open-loop system;Single-loop system;Double-loop system目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2概述 (1)1.3论文容 (2)1.4本章小结 (2)2直流调速系统的理论基础 (3)2.1 Matlab/Simulink仿真软件 (3)2.2 直流调速的理论基础 (3)2.3 开环系统的电气原理 (6)2.4 单闭环系统的电气原理 (7)2.5 双闭环系统的电气原理 (8)2.6 本章小结 (8)3 调速系统的建模与仿真 (8)3.1 开环调速系统的建模与仿真 (9)3.1.1 开环建模过程 (9)3.1.2 开环系统的仿真 (12)3.2 单闭环调速系统的建模与仿真 (14)3.2.1 单闭环系统的建模 (14)3.2.2 单闭环系统的仿真 (16)3.3 双闭环调速系统的建模与仿真 (18)3.3.1 双闭环系统的建模 (18)3.3.2 双闭环系统的仿真 (20)3.4 本章小结 (22)4 结论与展望 (23)致 (24)参考文献 (25)1绪论1.1 课题背景现代化的工业过程中，几乎无处不使用电力传动装置，尤其是在石油，化工，冶金，轻工，机械等工业生产中对电动机的控制更是起着举足轻重的作用[1]。

永磁同步电机的仿真模型1、永磁同步电机介绍永磁同步电动机(permanent Magnets synchronous Motor, PMSM),转子采用永磁材料,定子为短距分布式绕组,采用三相正弦波交流电驱动,且定子感应电动势波形呈正弦波"定子绕组通过控制功率管(如IGBT)的不同开关组合,产生旋转磁场跟踪永磁转子的位置,自动地维持与转子的磁场有900的空间夹角,以产生最大的电机转矩"旋转磁场的转速则严格地由永磁转子的转速所决定,PMSM具有直流电动机的特性,有稳定的起动转矩,可以自行起动,并可类似直流电动机对电机进行闭环控制,多用于伺服系统和高性能的调速系统。

永磁同步电动机按转子形状可以分为两类:凸极式永磁同步电机和隐极式永磁同步电机。

它们的区别在于转子磁极所在的位置,凸极式永磁同步电机转子磁极是突起在轴上的,其直轴和交轴电感参数不相等"而隐极式永磁同步电机的转子磁极是内置在轴内的,直轴和交轴电感参数相等"凸极式转子具有明显的磁极,定子和转子之间的气隙是不均匀的,因此其磁路与转子的位置有关。

2、永磁同步电机的控制方法目前对永磁同步电机的控制技术主要有磁场定向矢量控制技术（field orientation control,FOC）与直接转矩控制技术（direct torque control，DTC）。

在这里我们使用磁场定向矢量控制技术来建立永磁同步电机的仿真模型。

磁场定向矢量控制技术的核心是在转子旋转坐标系中针对激磁电流id和转矩电流iq分别进行控制，并且采用的是经典的PI线性调节器，系统呈现出良好的线性特性，可以按照经典的线性控制理论进行控制系统的设计，逆变器控制采用了较成熟的SPWM、SVPWM等技术。

磁场定向矢量控制技术较成熟，动态、稳态性能较佳，所以得到了广泛的实际应用。

该方法摒弃了矢量控制中转子磁场定向的思想，采用定子磁场定向，分别对定子磁链和转矩直接进行控制。

Ansoft Maxwell 14 永磁同步电机仿真步骤总结
首先是建立一个RMxprt文件，选择电机类型为下图的
Permanent-MagnetSynchronous Motor
只要按照下面的参数输入即可
磁钢材料NTP264H要自己定义
Danper是怎么出来的?要右键”Rotor’ ,选择 Insert Danper，就可以了
所有参数输入完毕，现在要定义个求解设置，右键“Analysis”添加一个setup，
模型
绕组的连接如下
求解结果
一键导入到maxwell14 2D瞬态场里去分析即可，右键Analysis setup 的creat Maxwell design ，auto setup 要打勾
导入模型如图，是1/4模型（导入整个模型的方法？加注fragnet 1）
因为是1/4模型，所以要设置一个 Symmetry Multiplier ，右键”model”,就可以看到，
设置如下
电机在零负载转矩的起动：点击“model”的树，将其展开，双击Motion setup 作如下设置
为了得到，更好的仿真图像，设置一下仿真时间，双击Solve setup 作如下设置
以下就是在零负载转矩的情况下的得出的各种起动时间图，横轴的时间单位是毫秒（ms）
做完了以上的仿真，再做一个电机在额定负载下的起动过程，把上面的文件复制一下，然
后改一下名称，结果如图然后双击负载的那个，改一个参数就可以，要改的参数，在motion setup里（上面有提到过的）将load Torque 设置成如下就可以，然后开始让电脑开始仿真（Analys all）
结果的图如下。