畢業(yè)論文-永磁同步電機(jī)矢量控制方法的研究

1、<p><b>　　南京工程學(xué)院</b></p><p><b>　　自動(dòng)化學(xué)院</b></p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題目：永磁同步電機(jī)矢量控制方法的研究</p><p>　　專 業(yè)： 自動(dòng)化 （數(shù)控） </p><p

2、>　　班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　起迄日期： 2013.2.28～2013.6.12 </p><p>　　設(shè)計(jì)地點(diǎn)：

3、 實(shí)驗(yàn)樓 </p><p>　　Graduation Design (Thesis)</p><p><b>　　By</b></p><p>　　Xu Xiao chen</p><p>　　Supervised by</p><p>　　Prof. Li Nin

4、g</p><p>　　Department of Automation Engineering</p><p>　　Nanjing Institute of Technology</p><p>　　June, 2013</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　近年來，隨著

5、新型電機(jī)理論，電機(jī)拖動(dòng)技術(shù)以及電力電子技術(shù)的發(fā)展，永磁同步電機(jī)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于人們的日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中。永磁同步電機(jī)具有體積小，裝配簡單，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。本文的主要內(nèi)容是對(duì)永磁同步電機(jī)的矢量控制方法進(jìn)行研究。</p><p>　　本文分別給出了永磁同步電機(jī)在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型以及它們之間的轉(zhuǎn)換公式。在分析數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，利用Matlab/Simulink建立了永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型。</

6、p><p>　　本文對(duì)永磁同步電機(jī)矢量控制方法進(jìn)行了分析，并且在Matlab環(huán)境下，對(duì)永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果證明永磁同步電機(jī)矢量控制方法是高效可行的。得到的仿真結(jié)果為我們進(jìn)一步的研究提供了依據(jù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；矢量控制； MATLAB </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p&

7、gt;<p>　　In recent years, with the power electronics technology, the development of the theory of the new motor, permanent magnet synchronous motor has been widely used in industrial production. He himself has a s

8、mall, simple assembly and other advantages. The main content of this paper is to vector control for permanent magnet synchronous motor research.</p><p>　　Gives a mathematical model of permanent magnet synchr

9、onous motor in different coordinate systems and a conversion formula between them On the basis of analysis of the mathematical model, Using Matlab / Simulink to establish a permanent magnet synchronous motor simulation m

10、odel .</p><p>　　in this paper, permanent magnet synchronous motor vector control methods are analyzed, and the Matlab environment, permanent magnet synchronous motor model, the simulation results show that t

11、he permanent magnet synchronous motor vector control method is effective and feasible. The simulation results obtained for us to provide a basis for further research.</p><p>　　Key Words: permanent magnet syn

12、chronous motor; vector control; MATLAB</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　1.1電力電子技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　從20世紀(jì)50年代中到70年代末，以大功率硅二極管、雙極型功率晶體管和晶閘管應(yīng)用為基礎(chǔ)（尤其是晶閘管）的電力電子技術(shù)發(fā)展比較成熟。70年代末以來，兩個(gè)方面的發(fā)展

13、對(duì)電力電子技術(shù)引起了巨大的沖擊。其一為微機(jī)的發(fā)展對(duì)電力電子裝置的控制系統(tǒng)、故障檢測(cè)、信息處理等起了重大作用,今后還將繼續(xù)發(fā)展;其二為微電子技術(shù)、光纖技術(shù)等滲透到電力電子器件中，開發(fā)出更多的新一代電力電子器件。其中除普通晶閘管向更大容量（6500伏、3500安）發(fā)展外，門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)電壓已達(dá)4500伏，電流已達(dá) 2500～3000安；雙極型晶體管也向著更大容量發(fā)展，80年代中后期其工業(yè)產(chǎn)品最高電壓達(dá)1400伏，最大電流達(dá)400

14、安,工作頻率比晶閘管高得多,采用達(dá)林頓結(jié)構(gòu)時(shí)電流增益可達(dá)75～200。 隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，美國和日本于1981～1982年間相繼研制成光控晶閘管并用于直流輸電系統(tǒng)。這種光控管與電觸發(fā)的晶閘管相比，簡化了觸發(fā)電路，提高了絕緣水平和抗干擾能力，可使變流設(shè)備向小型、輕量方向發(fā)展，既降低了造價(jià)，又提高運(yùn)行的可靠性。同時(shí)，場控電力電子器件也得到發(fā)展，如功率場效應(yīng)晶體管(power MOSFET)和功率靜電</p><p>

15、;　　1.2 永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)及其發(fā)展概況</p><p>　　1.1.1永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)</p><p>　　電機(jī)是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律，實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換與傳遞的一種電磁裝置。永磁同步電機(jī)，用永磁體代替了繞線式同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁繞組。因此電機(jī)結(jié)構(gòu)更為簡單，制造成本更低，而電機(jī)的運(yùn)行效率和可靠性得到了提高。當(dāng)代社會(huì)更加注重成本的節(jié)約和效率的提高，加之隨著永磁材料性能的不斷提高，永磁同步

16、電機(jī)必將更為廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活中。</p><p>　　1.1.2永磁同步電機(jī)的發(fā)展概況</p><p>　　永磁電機(jī)的發(fā)展和永磁材料的發(fā)展是密不可分的。近幾十年來，隨著鋁鎳鈷永磁、鐵氧體永磁，特別是稀土永磁的相繼問世，永磁材料的性能不斷的提高，許多電勵(lì)磁電機(jī)紛紛改為永磁體勵(lì)磁電機(jī)。</p><p>　　美國，日本，德國等國家研究永磁同步電機(jī)都比較

17、早。早在20世紀(jì)50年代，美國GE公司就研制了一批數(shù)百瓦的微型永磁同步電動(dòng)機(jī)。1973年國際范圍能源危機(jī)的出現(xiàn)，更加刺激了高性能電機(jī)的發(fā)展。一時(shí)間，各類高功率因數(shù)的永磁同步電機(jī)被開發(fā)出來。</p><p>　　相對(duì)于上述國家，我國對(duì)永磁同步電機(jī)的研究起步相對(duì)較晚，但是發(fā)展卻十分迅速。在1986年，上海電器科學(xué)研究所開發(fā)出了一種化纖用外轉(zhuǎn)子永磁同步電動(dòng)機(jī)，這是一種用于滌綸、維綸長絲高速紡機(jī)，作變速卷繞頭傳動(dòng)裝置的專

18、用電機(jī)，調(diào)速范圍1500～9000r／min或1500～12720r／min，調(diào)速平穩(wěn)，可靠性高。轉(zhuǎn)矩有1.05N·m、2.35N·m、3.60N·m等13個(gè)規(guī)格，可替代進(jìn)口電機(jī)</p><p>　　伴隨稀土永磁材料的出現(xiàn)和發(fā)展，永磁電機(jī)的發(fā)展大致分為四個(gè)階段： </p><p>　?。?）20世紀(jì)六七十年代，由于高性能永磁材料的稀缺，永磁同步電機(jī)的研究領(lǐng)域著

19、重放在航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域。</p><p>　?。?）上世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了價(jià)格相對(duì)較低的釹鐵硼永磁材料，因此，永磁電機(jī)的研究被應(yīng)用到了工業(yè)與民用領(lǐng)域。之后電力電子技術(shù)與運(yùn)動(dòng)控制理論不斷的發(fā)展與完善，永磁電機(jī)各方面的性能都要優(yōu)于傳統(tǒng)電勵(lì)磁電機(jī)，于是許多傳統(tǒng)的電勵(lì)磁電機(jī)都被稀土永磁電機(jī)代替。</p><p>　?。?）上世紀(jì)90年代，永磁材料性能更加的完善，并且稀有永磁材料的價(jià)格也變得更低

20、，稀土永磁電機(jī)的研究進(jìn)入了一個(gè)新階段。在永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)理論、控制技術(shù)、結(jié)構(gòu)工藝和計(jì)算方法等方面的研究工作形成了一套完整的體系。 </p><p>　?。?）到了現(xiàn)代，永磁材料的性能得到了更進(jìn)一步的提升和完善，特別是釹鐵硼永磁材料的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性得到了極大的改善，電力電子技術(shù)與新型電機(jī)理論也更加的完善，加上永磁電機(jī)研究和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的逐步成熟，除了大力推廣和應(yīng)用已有研究成果外，稀土永磁電機(jī)的應(yīng)用和開發(fā)也進(jìn)入了一個(gè)新

21、階段，目前正再向大功率化、高功能化和微型化方向發(fā)展。</p><p>　　我國是資源大國，高效的利用國土稀有資源，作為永磁材料的使用，進(jìn)而更好的研究永磁電機(jī)是非常有意思的。</p><p>　　1.3 永磁同步電機(jī)的基本控制策略</p><p>　　在對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行了充分研究的情況下，目前交流電機(jī)基本控制策略大致分為三種，分別是變壓變頻控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控

22、制。</p><p>　　1.2.1變壓變頻控制</p><p>　　變壓變頻控制，也稱VVVF控制，指的是通過改變電機(jī)外部的電壓和頻率，使得電機(jī)能夠在給定的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。具體操作是將速度給定信號(hào)輸入到控制器中，給定的速度信號(hào)經(jīng)過SVPWM模塊變?yōu)榱烽_關(guān)信號(hào)施加到逆變器上，然后逆變器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變的正弦電壓，該電壓會(huì)被施加到電機(jī)的三相定子繞組上。因此電機(jī)便能夠在給定的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。</

23、p><p>　　根據(jù)變壓變頻控制的工作原理可以看出，它不需要從電機(jī)端部引入任何反饋信號(hào)。因此它具有控制系統(tǒng)簡單，成本較低的優(yōu)點(diǎn)。</p><p><b>　　1.2.2矢量控制</b></p><p>　　最早的矢量控制是在上世紀(jì)70年代，西門子工程師F．Blaschke提出的。矢量控制是指利用坐標(biāo)變換原理，將永磁同步電機(jī)三相靜止坐標(biāo)系上的物理量，

24、分解到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，從而能夠簡單方便的對(duì)電機(jī)的各個(gè)物理量進(jìn)行分解或合成。從而達(dá)到控制的目的。我們把這種控制方法叫做矢量控制，也稱為磁場定向控制。</p><p>　　矢量控制算法的特點(diǎn)是：對(duì)永磁同步電機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的分別進(jìn)行控制，采用信號(hào)采集的原理檢測(cè)定子電流，并且將定子電流矢量分解成用于生產(chǎn)磁場的勵(lì)磁電流和用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流兩部分，從而對(duì)這兩個(gè)電流之間的相位和幅值進(jìn)行控制，最終達(dá)到控制定子電流的目

25、的。</p><p>　　1.2.3直接轉(zhuǎn)矩控制</p><p>　　直接轉(zhuǎn)矩控制，顧名思義是指以轉(zhuǎn)矩為中心來進(jìn)行綜合控制。直接轉(zhuǎn)矩控制的中心思想是控制定子磁鏈。在靜止坐標(biāo)系下，可以得到的定子的電流和電壓，從而可以計(jì)算并控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈，以此來獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能。直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制是有很大區(qū)別的，矢量控制是通過電流和磁鏈等物理量間接的控制轉(zhuǎn)矩，并且需要進(jìn)行復(fù)雜的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換。而直

26、接轉(zhuǎn)矩控制是在兩相靜止坐標(biāo)系上對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈進(jìn)行控制，轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)速度快。</p><p>　　由上述三種永磁同步電機(jī)的控制策略可知，永磁同步電機(jī)的多種控制策略有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。在對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，要選擇合適的控制策略，從而達(dá)到真正高效而準(zhǔn)確的控制 </p><p>　　1.4 永磁同步電機(jī)矢量控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和研究意義</p><p>　　1968年，達(dá)姆施塔

27、特工業(yè)大學(xué)的K. Hasse提出了間接矢量控制的概念，隨后在1970年初期，西門子公司的F.Blaschke提出了直接矢量控制。布倫瑞克工業(yè)大學(xué)的維爾納·萊昂哈德（Leonhard further）進(jìn)一步開發(fā)磁場導(dǎo)向控制的控術(shù)，因此交流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器開始有機(jī)會(huì)取代直流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)時(shí)微處理器尚未商品化，但已經(jīng)出現(xiàn)泛用的交流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)時(shí)較于直流馬達(dá)啟動(dòng)器，交流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器的成本高，架構(gòu)復(fù)雜，而且不易維護(hù)。而當(dāng)時(shí)的矢量控制需要許多傳

28、感器及放大器等原件，因此無法將矢量控制應(yīng)用在交流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器中。</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，矢量控制理論也越來越被重視。近年來，半導(dǎo)體技術(shù)與數(shù)字控制技術(shù)飛快的發(fā)展，矢量控制的應(yīng)用已經(jīng)從曾經(jīng)的高科技領(lǐng)域拓展到更為通用的場合。</p><p>　　隨著功率器件的不斷優(yōu)化，處理速度不斷提升，極大的提高了伺服驅(qū)動(dòng)的性能。到目前為止，伺服驅(qū)動(dòng)中應(yīng)用最多的同步電機(jī)和異步電機(jī)，額定功率從

29、50W到200KW，位置環(huán)和速度環(huán)的典型帶寬分別為60Hz和200Hz。</p><p>　　現(xiàn)在，交流驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)開發(fā)重點(diǎn)是如何將驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)有效的結(jié)合在一起，開發(fā)出更加可靠的驅(qū)動(dòng)模塊。基于這一思路，研究人員開始對(duì)矢量控制技術(shù)進(jìn)行深入的研究。矢量控制技術(shù)已經(jīng)成為了近幾年控制研究的熱點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)該控制所需的魯棒性等各種方案被不斷的提出，該技術(shù)已經(jīng)在高性能交流驅(qū)動(dòng)中占有越來越重要的地位。</p><

30、p>　　從矢量控制技術(shù)被提出至今，已經(jīng)得到了極大的發(fā)展。目前已有的研究成果有。磁通快速控制技術(shù)，即在直接磁場定向矢量控制異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中，利用磁鏈預(yù)測(cè)值進(jìn)行磁通快速控制的技術(shù)。非線性自抗饒控制器，能夠在異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程中，用自抗饒控制器取代經(jīng)典PID控制器進(jìn)行控制。參數(shù)識(shí)別和調(diào)節(jié)器自整定技術(shù)，是一種基于模型參考自適應(yīng)算法的一慣性系統(tǒng)及二慣性系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量參數(shù)的識(shí)別技術(shù)。矩陣式變換器，是一種適用于矩陣式變換器驅(qū)動(dòng)異步電

31、動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的組合控制策略，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了矩陣式變換器的空間矢量調(diào)制和異步電動(dòng)機(jī)的直接磁場定向控制。</p><p>　　在不久的將來，采用嵌入式實(shí)時(shí)軟件操作系統(tǒng)，高速電動(dòng)機(jī)控制專用DSP，通過開發(fā)性能更加優(yōu)良的轉(zhuǎn)子磁場定向方法和磁通觀測(cè)器，來使得變頻器獲得高性能的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過載能力，會(huì)成為矢量控制技術(shù)未來的發(fā)展趨勢(shì)。無速度傳感器的交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也是將會(huì)成為開發(fā)熱點(diǎn)之一。永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

32、由于它的高效，高功率，高可靠性而得到越來越多的關(guān)注，無刷電動(dòng)機(jī)的無位置傳感器控制和正弦波電流控制，在應(yīng)用方面已經(jīng)趨于成熟。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)在許多領(lǐng)域應(yīng)用也取得了很多進(jìn)展。</p><p>　　由此可見，在愈加注重運(yùn)行效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性的今天，矢量控制已經(jīng)成為了發(fā)展的熱點(diǎn)，并且有著良好的發(fā)展勢(shì)頭。對(duì)永磁同步電機(jī)矢量控制方法進(jìn)行研究是有意義的。</p><p>　　1.5 論文內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排<

33、;/p><p>　　本文以永磁同步電機(jī)控制策略的研發(fā)工程項(xiàng)目為應(yīng)用背景，著重講述了對(duì)永磁同步電機(jī)矢量控制方法的研究。全文共分為六章，現(xiàn)介紹各章的主要內(nèi)容。</p><p>　　第一章介紹了永磁同步電機(jī)的概況及其基本控制策略。</p><p>　　第二章具體介紹了矢量控制原理，給出了永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和matlab環(huán)境下的仿真模型 </p><p&

34、gt;　　第三章介紹了PID控制器以及PID參數(shù)的調(diào)節(jié)方法。</p><p>　　第四章介紹了在matlab環(huán)境下永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的建模。</p><p>　　第五章通過調(diào)節(jié)參數(shù)觀察永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的仿真波形，并借此分析矢量控制方法下系統(tǒng)的性能。</p><p>　　第六章對(duì)全文的研究工作做了總結(jié)，并簡述了感想。</p><p&g

35、t;　　第二章 永磁同步電機(jī)矢量控制原理與電機(jī)模型</p><p>　　2.1 永磁同步電機(jī)的工作原理</p><p>　　2.1.1 永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)</p><p>　　（1）永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和其他的一般電機(jī)一樣，由固定的定子和可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成。 （2）在同步發(fā)電機(jī)的定子鐵心的內(nèi)圓里均勻分布著定子槽，在定子槽內(nèi)嵌放著按一定規(guī)律排列的三相對(duì)稱交流繞組

36、。同步電機(jī)的定子又稱為電樞，同樣的，定子鐵心和定子繞組也被稱為電樞鐵心和電樞繞組。 （3）在同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心上裝有成對(duì)的磁極，在磁極上還裝有勵(lì)磁繞組。啟動(dòng)同步電機(jī)，通入直流電流，電機(jī)的氣隙中將會(huì)形成極性相間的磁場，這種磁場稱為勵(lì)磁磁場，即主磁場。 （4）在電樞內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子磁極之間，會(huì)形成氣隙。氣隙層的狀態(tài)與電機(jī)內(nèi)部磁場的分布以及電機(jī)的性能有很大關(guān)系。 （5）同步電機(jī)可以分為轉(zhuǎn)場式同步電機(jī)和轉(zhuǎn)樞式同步電機(jī)，后者的磁極安裝在

37、定子上，而交流繞組卻安裝在轉(zhuǎn)子表面的槽內(nèi)。轉(zhuǎn)樞式同步電機(jī)的定子相當(dāng)于電樞。</p><p>　　2.1.2 永磁同步電機(jī)工作原理</p><p>　　將直流勵(lì)磁電流加在永磁同步電機(jī)的勵(lì)磁繞組上，便能建立極性相間的勵(lì)磁磁場，勵(lì)磁磁場也稱為主磁場。 </p><p>　　三相對(duì)稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組，成為感應(yīng)電勢(shì)或者感應(yīng)電流的載體，稱為載流導(dǎo)體。 </p>

38、<p>　　原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)便能給電機(jī)輸入機(jī)械能，極性相間的勵(lì)磁磁場（即主磁場）隨軸一起旋轉(zhuǎn)，便可以使繞組的導(dǎo)體順次切割勵(lì)磁磁場。 </p><p>　　由于電樞繞組與勵(lì)磁磁場之間產(chǎn)生了相對(duì)的切割運(yùn)動(dòng)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，電樞繞組中便會(huì)產(chǎn)生大小和方向按周期性變化的電動(dòng)勢(shì)。該電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)于交流電源。</p><p>　　根據(jù)公式f=np/60可知，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n 和極對(duì)數(shù)p決定

39、了同步電機(jī)的功率。 </p><p>　　旋轉(zhuǎn)磁場極性相間，因此能產(chǎn)生極性交變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，再由于電樞繞組的對(duì)稱性，使得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也能保證三相對(duì)稱性。</p><p>　　2.2 永磁同步電機(jī)矢量控制原理</p><p>　　交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制理論是由德國科學(xué)家Blaschke和Hasse在1971年提出來的。恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)用矢量控制，可以使

40、交流調(diào)速像直流調(diào)速一樣方便簡單，并且能夠擁有優(yōu)良的控制性能。矢量控制的基本思想是對(duì)三相交流電動(dòng)機(jī)上的電流矢量進(jìn)行控制，使之能夠?qū)崿F(xiàn)像直流電動(dòng)機(jī)一樣的轉(zhuǎn)矩控制。矢量控制的基本原理是通過磁場坐標(biāo)，將電流矢量分解成兩個(gè)量。一個(gè)是產(chǎn)生磁通的勵(lì)磁電流分量，另一個(gè)是產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流分量。這兩個(gè)電流分量是互相垂直，并且彼此獨(dú)立的。通過對(duì)電流矢量的分解，便能對(duì)勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過這種方法，便能將交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制變得和直流電

41、動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制相類似。從矢量控制的原理可以看出，矢量控制的關(guān)鍵是對(duì)電流矢量的幅值和空間位置（即頻率和相位）進(jìn)行控制。雖然矢量控制的目的是能夠提高轉(zhuǎn)矩控制的性能，但最終還是要落實(shí)到對(duì)定子電流的控制上。由于在定子側(cè)的各個(gè)物理量，如電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)、磁鏈等，這些物理量都是交流量，其空間矢量在空間以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，計(jì)算起來相當(dāng)?shù)膹?fù)雜。為了解決這一問題，需要借助坐標(biāo)變換，使得各個(gè)物理量從兩相靜止坐標(biāo)系（α，β坐標(biāo)系）轉(zhuǎn)換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d，q坐

42、標(biāo)系）</p><p>　　電動(dòng)機(jī)調(diào)速的最終目的是能夠控制其轉(zhuǎn)矩，而矢量控制的目的是為了能夠改善轉(zhuǎn)矩的控制性能，因此必須對(duì)定子電流進(jìn)行控制。倘若不改變系統(tǒng)的參數(shù)，為了達(dá)到要求的轉(zhuǎn)矩，會(huì)有不同的d，q坐標(biāo)系上電流分量的組合，因此也會(huì)有不同的控制策略。</p><p>　　如果使d坐標(biāo)軸上的電流為0，即采用的控制方法。這樣定子電流中便只有一個(gè)分量。這能使得定子的磁場與永磁體的磁場正交。永磁同步

43、電機(jī)便相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)而我們只需要控制q軸的電流就可以控制同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速方式簡單方便，并且能很好的提高同步電機(jī)的性能。因此，本文將采用的控制方法對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行控制。</p><p>　　2.3 永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型</p><p>　　由于本文建立的永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是在理想狀況下的模型，與實(shí)際情況略有偏差，因此需要假設(shè)以下幾點(diǎn)：</p><p

44、>　?。?）鐵芯損耗不作考慮；</p><p>　?。?）電機(jī)磁路是線性的，不考慮磁路飽和，磁滯和渦流等因素的影響； </p><p>　　（3）電動(dòng)機(jī)的三相繞組是完全對(duì)稱的，他們?cè)诳臻g中互差120°，不考慮邊緣效應(yīng)； </p><p>　　（4）不計(jì)齒槽效應(yīng)與高次諧波，并且假設(shè)定子電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)是正弦分布的； </p><p&

45、gt;　　通過假設(shè)，我們可以得到理想的永磁同步電機(jī)模型，現(xiàn)討論不同坐標(biāo)系下永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。</p><p>　　定子三相坐標(biāo)系（a-b-c坐標(biāo)系）中永磁同步電機(jī)模型</p><p>　　三相永磁同步電機(jī)在定子三相坐標(biāo)系（a-b-c坐標(biāo)系）下的電壓方程和磁鏈方程可以寫成如下形式 </p><p>　　其中為定子電壓，為定子電阻，為定子電流，為定子磁鏈，

46、為定子電感，為轉(zhuǎn)子磁鏈。</p><p>　　三相永磁同步電機(jī)在定子三相坐標(biāo)系（a-b-c坐標(biāo)系）下的電壓方程的矩陣形式如下：</p><p>　　其中、、為定子三相電壓，、、為定子a、b、c各相的磁鏈，、、、為定子a、b、c各相電流，p為微分算子。</p><p>　　三相永磁同步電機(jī)在定子三相坐標(biāo)系（a-b-c坐標(biāo)系）下的磁鏈方程的矩陣形式如下：</p&g

47、t;<p>　　其中、、分別為三相自感系數(shù)， 和為a、b相的互感系數(shù)，和為a、c相之間的互感系數(shù)，和為b、c相之間的互感系數(shù)，為轉(zhuǎn)子磁鏈，為轉(zhuǎn)子位置較角。</p><p>　　從上述式子中可以看出，在三相靜止坐標(biāo)下，永磁同步電機(jī)各個(gè)物理量都與轉(zhuǎn)子的位置角有關(guān)。并且是一組復(fù)雜的變系數(shù)的微分方程組。分析和求解此類方程是非常不便的。因此我們可以想辦法將通過公式將變系數(shù)的方程組轉(zhuǎn)換成常系數(shù)的方程組。<

48、/p><p>　　Clark變換，指的是在磁場等效的原則下，用兩相匝數(shù)相同、結(jié)構(gòu)相同、并且相互正交的繞組去代替原本的定子a、b、c三相對(duì)稱繞組。為了能夠使計(jì)算更為簡便，我們規(guī)定三相繞組的磁動(dòng)勢(shì)與變換后的兩相繞組的磁動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)向相同，并且α軸與a軸重合。</p><p>　　α-β坐標(biāo)系下永磁同步電機(jī)的狀態(tài)方程。</p><p>　　電壓方程的矩陣形式如下：</p>

49、;<p>　　、為α-β坐標(biāo)系中定子的電壓，、為坐標(biāo)系中定子的電流，為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,為轉(zhuǎn)子磁鏈。</p><p><b>　　轉(zhuǎn)矩方程：</b></p><p>　　、為α-β坐標(biāo)系中的定子磁鏈， T為電磁轉(zhuǎn)矩，為磁極數(shù)。</p><p>　　同樣的，park變換指的是將兩相靜止坐標(biāo)系（α-β坐標(biāo)系）下的狀態(tài)方程轉(zhuǎn)換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（

50、d-q坐標(biāo)系）下。</p><p>　　d-q坐標(biāo)系中永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型</p><p><b>　　、</b></p><p>　　式中、為定子磁鏈的d、q 軸分量; 、為定子電壓的d、q 軸分量; 、為定子電流的d、q軸分量;、為定子繞組的d、q 軸等效電感;為永磁體磁鏈; 為定子繞組電阻;為極對(duì)數(shù); T為輸出電磁轉(zhuǎn)矩; p為微分算子。

51、</p><p>　　電壓方程的矩陣形式：</p><p>　　、為d-q坐標(biāo)系中的定子電壓，、為d-q坐標(biāo)系中的定子電流，、為d-q坐標(biāo)系中的定子磁鏈。</p><p>　　磁鏈方程的矩陣形式：</p><p>　　、為d-q坐標(biāo)系中的定子電感，為轉(zhuǎn)子磁鏈。</p><p>　　以上為永磁同步電機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（

52、d-q坐標(biāo)系）下的數(shù)學(xué)模型。在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，三相永磁同步電機(jī)可以等效的看做是直流電機(jī)，對(duì)我們研究電機(jī)的控制策略而言相對(duì)簡單方便。</p><p>　　2.4 永磁同步電機(jī)在matlab環(huán)境下的仿真模型</p><p>　?。?）JX—PMSM—750型號(hào)電機(jī)參數(shù)</p><p>　　（2）永磁同步電機(jī)MATLAB仿真模型</p><p>

53、　　本次課程設(shè)計(jì)運(yùn)用到了MATLAB軟件對(duì)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行模擬和仿真，MATLAB中的的simulink模塊中具備很多電機(jī)仿真所要用到的器件，是一種非常常用的電機(jī)仿真軟件，使用起來也非常的方便快捷。</p><p>　　根據(jù)永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型可以建立起如下圖所示的永磁同步電機(jī)仿真模型（MATLAB仿真圖）：</p><p>　　具體建立步驟在第四章有詳細(xì)介紹。</p><

54、;p><b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章著重介紹了同步電動(dòng)機(jī)矢量控制原理，給出了在不同坐標(biāo)軸下同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。最后還給出了MATLAB環(huán)境下同步電機(jī)的仿真模型。</p><p>　?。?) 介紹了永磁同步電機(jī)的工作原理</p><p>　　(2) 詳細(xì)介紹了同步電機(jī)的矢量控制原理</p>&l

55、t;p>　　(3) 給出了同步電機(jī)在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。</p><p>　　(4) 在MATLAB環(huán)境中，根據(jù)電機(jī)參數(shù)和電機(jī)方程，對(duì)電機(jī)本體進(jìn)行建模。</p><p>　　第三章 PI控制器的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 PID控制原理和特點(diǎn)</p><p>　　PID控制是在工程實(shí)際中應(yīng)用最為廣泛的一種控制技術(shù)，他具體是指比

56、例，積分，微分控制。到目前為止，PID控制器已經(jīng)有了近七十年的研究歷史，它的結(jié)構(gòu)簡單、具有良好的穩(wěn)定性、并且便于調(diào)節(jié)。因此，PID控制是目前工業(yè)控制的一大重要技術(shù)。在工程研究的過程中，當(dāng)我們無法完全掌握被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，并且得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，很難采用其他控制技術(shù)。當(dāng)我們必須依靠經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)的調(diào)試來掌握控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)時(shí)，PID控制技術(shù)是最好的選擇。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器的實(shí)質(zhì)就是根據(jù)系統(tǒng)反饋的誤差，

57、利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量從而進(jìn)行控制。</p><p><b>　　比例控制（P）</b></p><p>　　比例控制是最基本，也是最簡單的控制方式。他指的是控制器的輸出與輸入的誤差信號(hào)成比例關(guān)系。如果系統(tǒng)中僅存在比例控制，系統(tǒng)輸出將存在穩(wěn)態(tài)誤差。</p><p><b>　　積分控制（I）</b></p&

58、gt;<p>　　積分控制是指控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。一個(gè)普通的自動(dòng)控制系統(tǒng)，在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后會(huì)存在一個(gè)穩(wěn)態(tài)誤差，我們稱這個(gè)自控系統(tǒng)為簡差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，則必須要在控制器中引入“積分項(xiàng)”。誤差對(duì)時(shí)間的積分決定了積分項(xiàng)的大小，積分項(xiàng)的大小會(huì)隨著時(shí)間的增加而增大。盡管誤差有時(shí)是一個(gè)很小的量，但是積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大。這樣它便能使控制器的輸出增大，從而進(jìn)一步的減小穩(wěn)態(tài)誤差，直到穩(wěn)態(tài)誤差接近零值。

59、因此，比例積分控制器（即PI控制器），可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后幾乎沒有穩(wěn)態(tài)誤差。</p><p><b>　　微分控制（D）</b></p><p>　　微分控制指的是控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分成正比關(guān)系，它也反應(yīng)了誤差的變化率。由于滯后組件或者大慣性組件的存在，自動(dòng)控制系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)震蕩或者不穩(wěn)定的現(xiàn)象。我們可以通過微分控制來解決。微分控制能夠抑制誤

60、差的變化作用。許多時(shí)候，在控制器中僅引入 “比例項(xiàng)”和“積分項(xiàng)”是不夠的，我們需要增加“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差的變化趨勢(shì)。這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分控制器（即PD控制器）能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。</p><p>　　現(xiàn)對(duì)PID控制器中三個(gè)環(huán)節(jié)的作用做一個(gè)總結(jié)：</p>

61、<p>　?。?）比例環(huán)節(jié)的作用：比例環(huán)節(jié)能夠迅速的反映偏差，減小誤差，但消除不了靜差，如果“比例項(xiàng)”過大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。</p><p>　　（2）積分環(huán)節(jié)的作用：積分環(huán)節(jié)能夠減小偏差，直到最終將偏差完全消除，如果“積分相”過大會(huì)影起系統(tǒng)的超調(diào)，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。</p><p>　?。?）微分環(huán)節(jié)的作用：微分環(huán)節(jié)能夠減小系統(tǒng)的震蕩，提高系統(tǒng)的快速性，如果“微分相”過

62、大會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定 </p><p>　　3.2 PID控制的意義</p><p>　　目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵?/p>

63、經(jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器 (intelligent reg

64、ulator），其中PID控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。有利用PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC），還有可實(shí)現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等。可編程控制器（PLC) 是利用其閉</p><p>　　3.3 PID參數(shù)的整定方法</p><p>　　為了得到符合要求的仿真結(jié)果，我們要對(duì)PID控制器中的比例，積分

65、，微分項(xiàng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這便是PID參數(shù)的整定。PID參數(shù)的整定也是整個(gè)電機(jī)模型控制理論的核心。</p><p>　　PID參數(shù)整定的方法大致分為兩類。第一種是理論計(jì)算整定法，第二種是經(jīng)驗(yàn)法。</p><p>　　理論計(jì)算的方法是指依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，通過一系列的計(jì)算得到PID中各個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)。由于實(shí)際情況與理論上的數(shù)學(xué)關(guān)系存在偏差，因此這種方法所得到的數(shù)據(jù)并不能直接用，還要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行一系

66、列的修改。經(jīng)驗(yàn)法，顧名思義是根據(jù)工程實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)，在電機(jī)控制中對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)試。這種方法根據(jù)電機(jī)控制系統(tǒng)輸出量的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)試，非常的實(shí)用，并且方便快捷。</p><p>　　第四章 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型</p><p>　　4.1 系統(tǒng)仿真工具matlab/Simulink</p><p>　　矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）是MATL

67、AB的簡稱，它是美國MathWorks公司研發(fā)的一款數(shù)學(xué)軟件，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。經(jīng)過幾代的發(fā)展，MATLAB在控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　Simulink是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真時(shí)用到的工具軟件。</p><p>　　Simulink是MATLAB的一個(gè)應(yīng)用工具箱，它能完成對(duì)一個(gè)動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的建模和仿真。Simulink的功能非常強(qiáng)大，它不但

68、能夠支持對(duì)連續(xù)、離散及混合系統(tǒng)的仿真，還支持其他類型的系統(tǒng)仿真。在Simulink環(huán)境下建立的仿真模型非常的簡便，直觀。用戶還可以根據(jù)自己的需求，自己建立模型器件。 </p><p>　　在完成Simulink環(huán)境下仿真模型的建立之后，可以通過Simulink的菜單實(shí)現(xiàn)多種用戶所需求的功能。因此，用戶可以十分方便的得到仿真結(jié)果，仿真波形也很直觀和清晰，這對(duì)用戶分析仿真結(jié)果提供了極大的便利。</p>

69、<p>　　下面便介紹在simulink環(huán)境下建立的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)模型。</p><p>　　4.2 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)建模</p><p>　　根據(jù)永磁同步電機(jī)矢量控制原理，同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型以及電機(jī)公式，可建立永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真模型如下圖。</p><p>　　4.3 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真模型子模塊介紹</p>

70、;<p>　　4.3.1 永磁同步電機(jī)模型PMSM模塊</p><p>　　PMSM電機(jī)模型如下</p><p>　　輸入電壓，根據(jù)電壓方程可以得到電流</p><p>　　根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式可以得到輸出轉(zhuǎn)矩T</p><p>　　根據(jù)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程可以得到角速度</p><p>　　4.3.2 park變換模塊

71、</p><p><b>　　park變換公式為</b></p><p><b>　　經(jīng)過變換可得</b></p><p><b>　　4.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了在matlab環(huán)境下永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)模型的建立</p>&l

72、t;p>　　（1）介紹了仿真工具matlab</p><p>　?。?）建立了永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的仿真模型</p><p>　　（3）介紹了系統(tǒng)模型下的各個(gè)子模塊</p><p>　　第五章 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的性能分析</p><p>　　5.1 矢量控制方法下仿真結(jié)果及性能分析</p><p>　

73、　現(xiàn)在PI控制方法下對(duì)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)的分析和調(diào)試，當(dāng)電流調(diào)節(jié)器中PI參數(shù)Kp=5，Ki=10。的時(shí)候，系統(tǒng)能夠有較好的性能。在t=0的時(shí)候啟動(dòng)電機(jī)，并且在0.2s時(shí)加入負(fù)載，負(fù)載大小為0.5。id，iq的波形如下圖所示。</p><p>　　圖5-1 PI控制方法下電流id波形</p><p>　　圖5-2 PI控制方法下電流iq波形</p><p&g

74、t;　　由上圖可以看出，采取id=0來實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩輸出，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)iq有一個(gè)很大的電流，并且迅速減小，在0.2秒時(shí)加入負(fù)載，iq能夠迅速回升，并且一直保持一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。</p><p>　　轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的輸出波形如下：</p><p>　　圖5-3 PI控制方法下輸出轉(zhuǎn)矩波形</p><p>　　圖5-4 PI控制方法下輸出轉(zhuǎn)速波形</p><

75、;p>　　在仿真過程中，當(dāng)沒有加入負(fù)載時(shí)，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩為0,在 0.2秒時(shí)加入負(fù)載，轉(zhuǎn)矩明顯上升，然后保持穩(wěn)定，超調(diào)較小。由此可以證明該控制系統(tǒng)有著良好的控制性能。</p><p><b>　　輸出電流的波形</b></p><p>　　圖5-5 PI控制方法下電流iα波形</p><p>　　圖5-6 PI控制方法下電流iβ波形<

76、/p><p>　　可以看出加入負(fù)載后系統(tǒng)能迅速的回到穩(wěn)定狀態(tài)?？焖傩院涂垢蓴_性都比較良好。</p><p>　　我們改變一下參數(shù)，繼續(xù)使用PI控制法觀察波形的變換情況。取kp=5，ki=50，得到波形如下</p><p>　　圖5-7 PI控制方法下輸出轉(zhuǎn)矩波形</p><p>　　圖5-8 PI控制方法下輸出轉(zhuǎn)速波形</p>

77、<p>　　圖5-9 PI控制方法下電流iα波形</p><p>　　圖5-10 PI控制方法下電流iβ波形</p><p>　　由上圖可知，當(dāng)我們?cè)龃笙到y(tǒng)的積分系數(shù)ki，系統(tǒng)最后依舊會(huì)回到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，但是與之前相比，會(huì)有明顯的超調(diào)</p><p>　　下面我們用自制的st函數(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)PID效果以驗(yàn)證：</p><p>

78、　　轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的輸出波形如下：</p><p>　　圖5-11 st函數(shù)下輸出轉(zhuǎn)矩波形</p><p>　　圖5-12 st函數(shù)下輸出轉(zhuǎn)速波形</p><p>　　輸出電流的波形如下：</p><p>　　圖5-13 st函數(shù)下電流iα波形</p><p>　　圖5-14 st函數(shù)下電流iβ波形</p&g

79、t;<p>　　由上圖可知，不論使用PID模型，或者用st函數(shù)，得到的仿真模型都具有良好的穩(wěn)定性和快速性。并且在加入負(fù)載時(shí)能迅速恢復(fù)，有良好的抗干擾性。</p><p><b>　　5.2 本章總結(jié)</b></p><p>　　本章主要是對(duì)設(shè)計(jì)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真和分析。</p><p>　?。?）矢量控制方法下的同步電機(jī)控制

80、系統(tǒng)的仿真和分析。</p><p>　?。?）通過仿真結(jié)果的觀察和分析，提出問題和對(duì)控制方法的一些看法。</p><p><b>　　第六章 結(jié)論</b></p><p><b>　　6.1 論文總結(jié)</b></p><p>　　永磁同步電機(jī)憑借其結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)良等特點(diǎn)，代替了傳統(tǒng)電機(jī)得到了廣泛

81、的應(yīng)用?，F(xiàn)代環(huán)境下，永磁材料的性能不斷的提高，價(jià)格卻不斷的下降，因此永磁同步電機(jī)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。在這種環(huán)境下，能夠?qū)﹄姍C(jī)實(shí)現(xiàn)高性能的控制變得格外重要。</p><p>　　永磁同步電機(jī)的伺服系統(tǒng)主要由永磁同步電機(jī)，速度和位置傳感器，速度控制器，電流控制器，以及PWM生成電路等部分組成。</p><p>　　如今，伺服系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，并且有更好的發(fā)展趨勢(shì)，因此，

82、能夠完成對(duì)伺服系統(tǒng)良好的控制，使他能夠在受擾動(dòng)的情況下迅速的恢復(fù)變得尤為重要。</p><p>　　本論文主要針對(duì)交流伺服控制技術(shù)中最基礎(chǔ)的矢量控制進(jìn)行了研究和分析，通過對(duì)永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的建模與仿真，證明了矢量控制是一種比較簡單方便，并且相對(duì)穩(wěn)定的控制方法?，F(xiàn)總結(jié)如下：</p><p>　　（1）了解永磁同步電機(jī)矢量控制原理，并且能夠根據(jù)原理建立永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的模型。&

83、lt;/p><p>　　（2）更加深刻的了解和認(rèn)識(shí)永磁同步電機(jī)，對(duì)其工作原理，控制方法有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。</p><p>　　（3）掌握同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并依據(jù)JX—PMSM—750型號(hào)電機(jī)參數(shù)建立模型，以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的矢量控制。</p><p><b>　　存在的問題</b></p><p>　　（1）由于研

84、究尚淺，對(duì)永磁同步電機(jī)矢量控制的研究只能停留在較淺的層次，并不能得到完全與理想狀況相符的仿真結(jié)果。對(duì)基于矢量控制的更深層次的控制方法還不算了解</p><p>　?。?）研究僅停留在理論階段，實(shí)際還需要考慮更加復(fù)雜的情況。</p><p>　?。?）工程經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)PID參數(shù)的調(diào)試還不夠熟悉。</p><p>　　（4）研究更加著重于軟件上的模擬，對(duì)實(shí)際的電機(jī)模型理

85、解的還不夠透徹。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)完成之際，我要向所有指導(dǎo)我，關(guān)心我，支持我的師長，同學(xué)，親人致以深深的謝意。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在我的導(dǎo)師李寧教授的悉心指導(dǎo)下完成的，在畢業(yè)設(shè)計(jì)與撰寫論文期間，李老師給予了我很大的幫助。在畢業(yè)設(shè)計(jì)初期，李老師每周三都會(huì)把同學(xué)集中起來

86、，將畢業(yè)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)一一講解給我們聽。對(duì)于我們提出的疑問，李老師也會(huì)不厭其煩的一遍又一遍的解釋，直到我們真正弄明白為止。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的最后階段，李老師長時(shí)間呆在實(shí)驗(yàn)室，以了解我們的研究進(jìn)度。對(duì)于研究進(jìn)度滯后，或者對(duì)仿真模型還存在疑問的同學(xué)，李老師會(huì)親自指導(dǎo)，幫助他解決問題。李老師的指導(dǎo)讓我對(duì)電機(jī)方面的知識(shí)有了更深的理解，并且讓我能將之前學(xué)習(xí)的課本知識(shí)與實(shí)際情況聯(lián)系起來。我更是從李老師身上學(xué)到了作為一個(gè)工程項(xiàng)目的研究者應(yīng)該具備的素養(yǎng)。

87、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，冷靜的分析，一絲不茍的精神，缺一不可。在此我要向李老師致以誠摯的敬意與衷心的感謝。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我還得到了實(shí)驗(yàn)室同學(xué)的悉心幫助。實(shí)驗(yàn)室里的學(xué)習(xí)氛圍濃厚，同學(xué)之間探討積極。在此我要專程向謝藝乾，趙志明等同學(xué)表示感謝，你們對(duì)我的研究課程給予了無私的幫助。</p><p>　　在多年的學(xué)習(xí)生活中，還得到了自動(dòng)化學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和各教研室老師的熱情關(guān)心和幫助，感謝我的所有

88、任課老師、班主任和輔導(dǎo)員。</p><p>　　感謝在我身后一直默默支持我的父母，感謝你們殷切的期望與無微不至的關(guān)懷。</p><p>　　衷心地感謝在百忙之中評(píng)閱我的設(shè)計(jì)和參加答辯的各位老師。</p><p><b>　　徐小晨</b></p><p>　　二O一四年五月 于南京</p><p&g

89、t;<b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　1.周鶚，曾朝暉. 高性能永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)研究[J]. 電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，1997,36(1)</p><p>　　2.梁艷，李永東. 無傳感器永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)概述[J]. 電氣傳動(dòng)，2003,45(4)</p><p>　　3.何亞屏，年曉紅. 永磁同步電機(jī)矢量控制MATL

90、AB仿真研究[J]. 變流技術(shù)與電力牽引，2007,30(6)</p><p>　　4.龍明貴. 永磁同步電機(jī)矢量控制分析[C]. 成都：西南交通大學(xué)，2012</p><p>　　5.王松. 永磁同步電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)及控制策略研究[C]. 北京：北京交通大學(xué)，2011</p><p>　　6.陳榮. 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)[M]. 北京水利水電出版社，2009<

91、/p><p>　　7.李寧，陳桂. 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[M]. 高等教育出版社，2004 年</p><p>　　8.李寧，劉啟新. 電動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社，2003年</p><p>　　9.劉金坤. 先進(jìn)PID控制及其MATLAB 仿真[M]. 電子工業(yè)出版社，2004年</p><p>　　10.黃堅(jiān). 自動(dòng)控制原理及其應(yīng)用[

92、M]. 北京高等教育出版社，2010年</p><p>　　11.李華等. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社[M]. 2007.4</p><p>　　12.堯舜才等. 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)分析與應(yīng)用.國防工業(yè)出版社[M]. 2007.7</p><p>　　13.郭慶鼎等. 現(xiàn)代永磁電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng).中國電力出版社[M]. 2006</p><p>

93、;　　14.楊成慧. MATLAB基礎(chǔ)及實(shí)驗(yàn)教程[M]. 北京大學(xué)出版社，2014年</p><p>　　附錄A S函數(shù)編寫PID控制器程序清單</p><p>　　/* File : pid1.c</p><p>　　* Abstract:</p><p><b>　　*</b></p>&l

94、t;p>　　* Example C-file S-function for defining a discrete system. </p><p><b>　　*</b></p><p>　　* x(n+1) = Ax(n) + Bu(n)</p><p>　　* y(n) = Cx(n) + Du(

95、n)</p><p><b>　　*</b></p><p>　　* For more details about S-functions, see simulink/src/sfuntmpl_doc.c.</p><p><b>　　* </b></p><p>　　* Copyrig

96、ht 1990-2004 The MathWorks, Inc.</p><p>　　* $Revision: 1.12.4.2 $</p><p><b>　　*/</b></p><p>　　#define S_FUNCTION_NAME ST</p><p>　　#define S_FUNCTION_LEVEL

97、2</p><p>　　#include "simstruc.h"</p><p>　　//real_T kp=1352;</p><p>　　//real_T ki=309;</p><p>　　//real_T kp=3.9;</p><p>　　//real_T ki=0.011;</p

98、><p>　　real_T ki=5;</p><p>　　real_T kp=12;</p><p>　　//real_T ki=78;</p><p>　　//#define U(element) (*uPtrs[element]) /* Pointer to Input Port0 */</p><p><b

99、>　　/*</b></p><p>　　static real_T A[2][2]={ { -1.3839, -0.5097 } ,</p><p>　　{ 1 , 0 }</p><p><b>　　};</b></p><p>　　static real_T B[2][2]={

100、 { -2.5559, 0 } ,</p><p>　　{ 0 , 4.2382 }</p><p><b>　　};</b></p><p>　　static real_T C[2][2]={ { 0 , 2.0761 } ,</p><p>　　{ 0 , 7.7891

101、 }</p><p><b>　　};</b></p><p>　　static real_T D[2][2]={ { -0.8141, -2.9334 } ,</p><p>　　{ 1.2426, 0 }</p><p><b>　　};</b></p><p&

102、gt;<b>　　*/</b></p><p>　　/*====================*</p><p>　　* S-function methods *</p><p>　　*====================*/</p><p>　　/* Function: mdlInitializeSizes ==

103、=============================================</p><p>　　* Abstract:</p><p>　　* The sizes information is used by Simulink to determine the S-function</p><p>　　* block's char

104、acteristics (number of inputs, outputs, states, etc.).</p><p><b>　　*/</b></p><p>　　static void mdlInitializeSizes(SimStruct *S)</p><p><b>　　{</b></p>

105、<p>　　ssSetNumSFcnParams(S, 0); /* Number of expected parameters */</p><p>　　if (ssGetNumSFcnParams(S) != ssGetSFcnParamsCount(S)) {</p><p>　　return; /* Parameter mismatch will be reported

106、 by Simulink */</p><p><b>　　}</b></p><p>　　ssSetNumContStates(S, 0);</p><p>　　ssSetNumDiscStates(S, 4);</p><p>　　if (!ssSetNumInputPorts(S, 1)) return;</

107、p><p>　　ssSetInputPortWidth(S, 0, 1);</p><p>　　ssSetInputPortRequiredContiguous(S, 0, true); /*direct input signal access*/</p><p>　　ssSetInputPortDirectFeedThrough(S, 0, 1);</p>

108、<p>　　if (!ssSetNumOutputPorts(S, 1)) return;</p><p>　　ssSetOutputPortWidth(S, 0, 1);</p><p>　　ssSetNumSampleTimes(S, 1);</p><p>　　ssSetNumRWork(S, 0);</p><p>　　

109、ssSetNumIWork(S, 0);</p><p>　　ssSetNumPWork(S, 0);</p><p>　　ssSetNumModes(S, 0);</p><p>　　ssSetNumNonsampledZCs(S, 0);</p><p>　　/* Take care when specifying exception f

110、ree code - see sfuntmpl_doc.c */</p><p>　　ssSetOptions(S, SS_OPTION_EXCEPTION_FREE_CODE);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/* Function: mdlInitializeSampleTimes ==============

111、===========================</p><p>　　* Abstract:</p><p>　　* Specifiy that we inherit our sample time from the driving block.</p><p><b>　　*/</b></p><p>　　

112、static void mdlInitializeSampleTimes(SimStruct *S)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　// ssSetSampleTime(S, 0, 1.0);</p><p>　　ssSetSampleTime(S, 0, 0.0001);</p><p>

113、;　　ssSetOffsetTime(S, 0, 0.0);</p><p>　　ssSetModelReferenceSampleTimeDefaultInheritance(S); </p><p><b>　　}</b></p><p>　　#define MDL_INITIALIZE_CONDITIONS</p>