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1、 2013届毕业设计说明书 基于支持向量机拟合的永磁同步电动机的SVM-DTC仿真 院、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师： 职称 讲师 专 业： 自动化 班 级： 完成时间： 2013年6月 摘 要永磁同步电机最初在20世纪50中后期出现，其工作原理与普通电激磁同步电机相同，20世纪70年代，永磁同步电机开始在交流变频调速系统得到应用。采用支持向量机拟合了通过磁场的相关计算得到的永磁同步电动机的非线性数值模型，充分考虑了电机铁心饱和因素以及电机磁感应强度非正弦分布所引起的非线性因素，同时建立了在该非线性模型基础上的永磁同步电动机的SVMDTC系统的仿真模型，为永磁同步电动机的进
2、一步设计、优化性能及控制算法的研究提供了有效的工具。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。支持向量机(SVM)是20世纪90年代在统汁学习理论基础发展起来的一种机器学习方法，较好地解决了小样本学习问题。由于其出色的学习性能，该技术已成为当前国际机器学习界的研究热点。现代仿真技术与控制工程，系统工程和计算机技术的发展密切相关。控制工程仿真技术是较早的应用领域之一，控制工程仿真技术的形成和发展奠定了良好的基础的现代发展。这篇文章是基于支持向量机的永磁同步电机系统，使用MATLAB软件仿真。关键词：永磁同步电动机； SVMDTC；支持向量机；仿真技术；MATLAB
3、ABSTRACTPermanent magnet synchronous motor originally appeared in the late 1950s, it works with the same ordinary electric excitation synchronous motor, in the 1970s, permanent magnet synchronous motor variable frequency drive system began to be applied.Support Vector Machine(SVM)was used to fit the
4、 nonlinear-model，which is gained by magnetic field computation，for permanent magnet synchronous motors(PMSMs)Nonlinear factors caused by saturable core and nonsinusoidal distribution of induction density were taken into considerationA simulation model was also buill for SVM directtorque controlled P
5、MSM drive system on this nonlinearmode1The system ofers an efe ctive tool for the oDtimization design，performance analysis and research on the control algorithmThe results can provide theoretical basis for the design of servo system.Support vector machine（SVM）is one new machine learning method which
6、 developped in 1990s and based on statistical leaming theory，it can solve small-sample learning problems better. It has become the focus in international machine learning research because of its excellent learning performance.Modern simulation technology and control engineering, systems engineering
7、and computer technology development are closely related. Control engineering simulation technology is one of the earlier applications, control engineering simulation technology formation and development has laid a good foundation for the modern development. This article is based on support vector ma
8、chine permanent magnet synchronous motor system, using MATLAB software simulation.Key words PMSM ；SVMDTC；support vector machine ；Simulation Technology；MATLABI目 录1 前言11.1 课题研究背景11.1.1 永磁同步电动机发展状况11.1.2 永磁同步电动机控制系统的发展1 （1）MATLAB软件的简介2 （2）MATLAB的主要特点32 支持向量机简介42.1 支持向量机的出现与发展422 支持向量机的原理42.2.1 支持向量机的基本
9、思想42.2.2 最优分类面和广义最优分类面52.2.3 支持向量机的非线性映射72.2.4核函数82.3 支持向量机的应用现状及前景93 永磁同步电动机的结构及其数学模型113.1 永磁同步电动机概述113.1.1 同步电动机的基本原理113.1.2 永磁同步电动机的基本结构113.1.3 永磁同步电动机的特点与应用12 3.2 永磁同步电动机的经典数学模型133.2.1 永磁同步电动机的相关方程13 （1）电压平衡方程13 （2） 磁链方程14 （3）感应电动势方程14 3.2.2 永磁同步电动机在各坐标系下的数学模型简介143.3 永磁同步电动机的非线性数学模型154 基于支持向量机拟合
10、的仿真研究184.1 支持向量机用于模型拟合184.2 仿真结果分析18 4.2.1 仿真参数设定18致 谢22参考文献23附录A主程序25附录B 数学模型函数27II1 前言1.1 课题研究背景1.1.1 永磁同步电动机发展状况永磁同步电机最初在20世纪50中后期出现，其工作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，二十世纪七八十年代以来，永磁同步电机开始在交流改变频率的调速系统得到应用。20世纪80年代，随着材料科学不断取得突破尤其是稀土型永磁材料取得了新的成就，特别是第三代新型以钕铁硼为主要材料制
11、作的永磁材料，它具有剩磁高、矫顽力大而且价格相对低廉的优点，有力地促进了永磁同步电机调速系统性能的改善和优化。随着稀土材料基础、前沿科技的不断取得进展甚至突破，永磁材料的磁能积已做的很高，价格也是就满足工业应用的需要，加上矢量控制技术水平的不断提高，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。经过多年的技术积累及研究的投入，在稀土永磁材料和稀土永磁电机的领域，我国都走在了国际的前面。随着新型永磁材料在电机上应用的日益深入，不仅推动了电机结构的不断创新，也推动了设计方法、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跨跃，逐渐向大功率（超高速、大转矩
12、）、微型化、智能化、高性能化方向发展得到稀土永磁同步电机系统，成为交流调速领域的一个重要分支。由于受到功率开关元件的固有物理特性的缺陷，以及永磁材料和驱动控制技术发展水平的制约，在原理和控制方式上基本上与直流电机类似，永磁同步电机刚开始应用时采用的大都是矩形波波形，但这种电机也有一个缺陷之处，那就是转矩的动态波动特性不好。克服这一缺点的需要和技术水平的提高，人们在此基础上又给正弦波永磁同步电机安装位置传感器并由逆变器驱动，经过许多研究人员的共同努力，我们有理由相信，永磁同步电机在既有的繁荣发展后，还会迎来更宽阔的发展道路和明天。1.1.2 永磁同步电动机控制系统的发展伴随永磁同步电机控制技术的
13、不断发展，各种控制技术正逐渐成熟，比如SVPWM、DTC、SVM-DTC等方面都在实际中得到应用。然而，在实践中，各种控制策略有它们各自一定的局限性，如低速特性不够理想，过度依赖电机参数的改善，等等，因此，控制策略研究的问题具有十分重要的意义。在1971年，许多德国学者提出了新思路新理论和新技术的交流电机矢量控制，它出现在交流电机控制技术的研究具有划时代的意义。由于这种取向所构成的磁场矢量变换交流闭环控制系统，它可与直流控制系统的性能可以媲美。然后，随着电力电子技术，微电子技术，计算机技术和永磁材料科学，矢量控制技术，快速的应用和推广发展。矢量控制的机电能量转换，电力和空间向量的统一理论的基础
14、上开发的理论，它是首次应用于三相异步电动机，并很快扩展到三相永磁同步电动机。由于三相感应电动机中，转子的热参数将导致转子，转子的磁场依赖于所观察到的转子参数，转子磁场不能被准确地观察到，从而使实际的控制效果难以达到理论分析的结果，它是实用的矢量控制的不足之处。永磁同步电机的永磁转子，比固定的参数，使矢量控制的永磁同步电机在低功耗和高精度的应用被广泛采用。1.1.3 计算机仿真技术的发展 现代仿真技术与控制工程，系统工程和计算机技术的发展密切相关。控制工程仿真技术是较早的应用领域之一，控制工程仿真技术的形成和发展奠定了良好的基础的现代发展。系统工程的发展，以进一步提高系统的理论系统建模与仿真，同
15、时使系统仿真被广泛应用于非工程系统的研究和预测。计算机仿真技术在理论和实践，提出了许多有效的成果，积累了大量的系统仿真模型和仿真方法是相当有效的。仿真技术仍然有一些缺点，如建模方法同样的问题是不完美的，在同一个系统中可以创建不同的模型，和一些社会经济系统中的问题仍然是无法建立一个精确的模型解决了。在20世纪90年代，计算机技术的各个方面取得了很大的发展。为了获得一个令人满意的扭矩计算，模拟研究是最有效的工具和手段。这篇文章是基于支持向量机的永磁同步电机系统，使用MATLAB软件仿真。（1）MATLAB软件的简介 MATLAB是MATrixLABoratory(矩阵实验室)的缩写，是由美国The Math Works公司推出的一种科学与工程计算语言。克利夫莫勒博士在美国New Mexico大学讲授线性代数课程时，构思并开发了MATLAB。该软件已经推出，就备受青睐和瞩目，其应用范围也越来越广。
