《基于SIMULINK的永磁同步电机控制系统仿真设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于SIMULINK的永磁同步电机控制系统仿真设计（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于SIMULINK 的永磁同步电机控制系统的仿真设计中文摘要在MATLAB/SIMULINK中建立独立的功能模块主要有：PMSM本体模块、矢量控制模块、电流滞环控制模块、速度控制模块等。同时进行功能模块的有机整合,搭建PMSM控制系统的仿真模型采用双臂环控制,速度环采用PI控制,电流环采用滞环电流控制。仿真结果证明了该方法的有效性,同时该模型也适用于验证其他控制算法的合理性,为实际电机控制系统的设计和调试提供的新的思路。为了实现高性能的电流环控制,对比了常规电流滞环控制和三角波载波比较方式的电流滞环控制。在MATLAB中搭建了两种电流滞环控制方式的仿真模型,通过仿真得出采用常规电流滞环控制对
2、系统的整体性能影响比较大,而采用三角载波比较方式的电流滞环控制容易获得良好的控制效果。采用三角载波比较方式的电流滞环控制的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。关键词：永磁同步电动机；SIMULINK；电气系统模型库 Simulation of control system for the Permanent Magent SynchronousAbstractThe paper as the example of the control system of permanent synchronous motor, mainly introduces how
3、 to get the simulation of AC driven system under the environment of SIMULINK by using the toolbox of power system, then discusses the effect of adjuster PI on the revolution during suddenly changed load.In MATLAB/SIMULINK it establishes the independent function modules; PMSM body module, vector cont
4、rol module, the current hysteresis control, speed control module, function module and so on. At the same time, it integrates the function module and establishes the simulation module of PMSM control system. this system adopts double closed-loop control system, the PI control the speed loop, the slug
5、gish loop electric current controls electric current loop the simulation result proves the effective method of the indeperdent function modules. This model also applies to test and verify the reasonableness of thought for both design of practical electrical engineering control system and debugging.F
6、or the sake of high-performance current-loop in position servo system, we studied general hysteresis-band current-control and triangular carrier wave hysteresis-band current-control. Simulation models of the two mode were build in MATLAB, by the simulation analysis, we can know that general hysteres
7、is-band current-control will seriously influence on performance of system, and triangular carrier wave hysteresis-band current-control can be used for good control performance. When triangular carrier wave hysteresis-band current-control was used, analytical results are good agreement with the feasi
8、ble simulation results, and the results can provide theoretical basis for the design of servo system.Key words: permanent magnet synchronous motor; SIMULINK; toolbox of power system. / 目 录第一章 前 言11.1 课题研究背景11.1.1 永磁同步电机发展状况11.1.2 永磁同步电机控制系统的发展11.1.3 计算机仿真技术的发展31.2 MATLAB简介31.2.1 MATLAB软件的简介31.2.1 MA
9、TLAB仿真工具箱简介81.3 本文主要任务9第二章永磁同步电机的结构及其数学模型92.1 永磁同步电机的概述92.1.1 同步电机的基本工作原理92.1.2 永磁同步电机的基本结构及其分类92.1.3 永磁同步电机的特点与应用112.2 永磁同步电机的数学模型132.2.1 电压平衡方程142.2.2 磁链方程及感应电动势方程152.3 永磁同步电机在各个坐标系下的数学模型172.3.1 磁同步电机A-B-C坐标下数学模型172.3.2 磁同步电机坐标系下数学模型182.3.3 永磁同步电机d-q坐标系下数学模型18第三章永磁同步电机控制系统工作原理193.1 PWMPULSE-WIDTH
10、MODULATION技术193.2 PMSM控制系统的组成223.3 PMSM控制系统的运行原理23第四章永磁同步电机控制系统仿真设计244.1 D-Q坐标系与ABC三相坐标系转换244.2 PI调节器274.3 利用SIMULINK构建PMSM控制系统仿真模型304.4 仿真结果31全文总结35致36参考文献37附录38第一章 前 言1.1 课题研究背景1.1.1 永磁同步电机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
11、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Nd FeB的出现,极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丰富的大国,稀土储量和稀土金属的提炼都是居世界首位。随着稀土材料科技的不断发展,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、
12、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。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
13、-DTC、MRAS等方面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。1971年,德国学者相继提出了交流电机的矢量控制的新思想、新理论和新技术,它的出现对交流电机控制技术的研究具有划时代的意义。因为这种通过磁场定向构成的矢量变换交流闭环控制系统,其控制性能完全可以与直流系统相媲美。而后,随着电力电子、微电子、计算机技术和永磁材料科学的发展,矢量控制技术得以迅速应用和推广。矢量控制是在机电能量转换、电机统一理论和空间矢量理论基础上发展起来的,它首先应用于三相感应电动机
14、,很快扩展到三相永磁同步电机。由于三相感应电动机运行时,转子发热会造成转子参数变化,而转子磁场的观测依赖于转子参数,所以转子磁场难以准确观测,使得实际控制效果难以达到理论分析的结果,这是矢量控制实践上不足之处。而永磁同步电机采用永磁体做转子,参数较固定,所以矢量控制永磁同步电机在小功率和高精度的场合应用广泛。随后,1985年,有德国鲁尔大学Mr.Depenbrock教授首次提出了直接转矩控制的理论,接着又把它推广到弱磁调速围。与矢量控制技术相比,直接转矩控制很大程度上解决了矢量控制三相感应电动机的特性易受电机参数变化的影响这一问题。直接转矩控制一诞生,就以自己新颖的控制思想,简洁明了的系统结构
15、,优良的静动态性能受到了普遍的关注和得到了迅速的发展。目前该技术成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。德国、日本、美国都竞相发展此项技术。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、可靠性及实用性。近年来,在先进的数控交流伺服系统
16、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行的控制策略正在不断涌现,展现出更为广阔的前景。因此,采用高性能数字信号处理器的全数字交流永磁伺服智能控制系统的重要发展方向之一。1.1.3 计算机仿真技术的发展现代仿真技术的发展与控制工程、系统工程和计算机技术的发展密切相关。控制工程是仿真技术较早应用的领域之一,控制工程技术的发展为现代仿真技术的形成和发展奠定了良好的基础。
