摘 要

为了实现永磁同步电机在实际应用中的控制策略，本文采用一种基于空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的永磁同步电机双闭环控制系统的设计方案，来验证此控制策略的可行性。首先对永磁同步电动机的结构及运行特点进行分析后，从而引入并推导了三个常用坐标系和三个坐标系之间的变换矩阵，进而完成对永磁同步电动机的数学分析模型的简化，为矢量控制提供理论依据。然后基于对SVPWM技术的基本原理，在多种永磁同步电机矢量控制策略中，选择控制电机转子磁场保持定向的方法进行重点研究，在此种控制方案中，为了控制电机转子磁场保持定向，引进了一种自动控制原理反馈系统与电机运行相结合的闭环控制方案，即转速电流双闭环矢量控制系统。在最后，使用MATLAB仿真软件搭建上述系统的仿真模型，通过对仿真的结果的分析，得出此方案具有优秀的稳定控制性能，并且使得电机具备良好的动态性能和抗干扰能力，可达到与直流电机相同的控制效果，以上验证了本方案的可实行性。

研究结果表明：基于SVPWM的转速电流双闭环控制系统对永磁同步电机运行有良好的控制效果。

关键词:永磁同步电机 矢量控制 SVPWM SIMULINK

Abstract

In order to complete the control method of rare earth permanent magnet induction motor in specific application, a scheme design of a double closed-loop control system software for rare earth permanent magnet induction motor based on indoor space working voltage vector material pulse width modulation (SVPWM) is clearly proposed. First of all, after analyzing the structure and working characteristics of rare earth permanent magnet induction motors, three common plane coordinates and the transformation drainage matrix in the middle of these three plane coordinates are introduced and calculated, and then the rare earth permanent magnet induction motors are simplified Mathematics analysis method. Provide a theoretical basis for vector control. Then based on the basic principles of SVPWM technology, in a variety of permanent magnet synchronous motor vector control strategies, select the method of controlling and optimizing the motor rotor magnetic field to maintain orientation. In this control scheme, in order to control the motor rotor magnetic field to maintain orientation Introduced a closed-loop control scheme that combines an automatic control principle feedback system with the operation of the motor, that is, a speed and current double closed-loop vector control system. Finally, MATLAB simulation software was used to create a model simulation of the system software. According to the analysis of the simulation results, it is obtained that the plan has excellent smooth handling characteristics, and makes the motor have good dynamic performance and anti-interference ability, which can reach the DC The same control effect of the motor has verified the feasibility of this solution.

The research results show that the SVPWM-based speed and current double closed-loop control system has a well-functioning control effect on the operation of permanent magnet synchronous motors.

Keywords: PMSM Vector Control SVPWM SIMULINK

目录

第1章绪论 6

1.1课题的背景与意义 6

1.2永磁电机的发展 7

1.3交流电机调速系统策略 8

1.4设计的主要工作 8

第2章 永磁同步电机矢量控制原理 9

2.1矢量控制概述 9

2.2永磁同步电机矢量控制策略 9

2.3永磁同步电机矢量控制系统框图 10

2.4控制器参数调整策略 11

2.5本章小结 11

第3章 永磁同步电机的结构特点及数学模型 12

3.1永磁同步电机的结构与特点 12

3.2坐标变换 12

3.2.1坐标变换基本原理 13

3.2.2三相/两相变换(3s/2s变换) 14

3.2.3两相/两相旋转变化(2s/2r变换) 14

3.3旋转坐标系下永磁同步电机的数学模型 15

3.4空间电压矢量的定义 16

3.5两电平牵引逆变器SVPWM算法实现 16

3.6本章小结 18

第4章 永磁同步电机矢量控制系统的仿真 18

4.1仿真工具MATLAB软件 18

4.2永磁同步电机矢量控制的仿真模块 18

4.2.1坐标变换模块 18

4.2.2 SVPWM模块 18

第5章 永磁同步电机控制系统的仿真分析 18

5.1仿真调试 18

5.2仿真结果分析 18

5.3本章小结 18

结论 18

致谢 18

参考文献 19

附录 20

第1章绪论

1.1课题的背景与意义

电能是在人类生产与生活中随处可见的重要能源，可以说它的发现与应用推动着近现代社会的进步，而电机作为生产和使用电能的主要设备，随着电力的大范围使用逐渐被应用到人们生产生活的各个方面，各种电机设备随处可见，但与此同时人们对电机的性能要求也越来越高。为了实现改变电机的转速、转矩、位移等输出量进而实现设计电机控制系统这一目的，我们需要将电机的电压、电流、频率等输入量进行合理控制，因为合适的控制方式可以以满足各种场合对高性能电机的需求，进而推动着社会生产的发展。

我们都知道，电能有交流和直流两种形态，而使用着它的电机也是如此，根据使用电源形态的不同，电机被分为直流和交流两大种类，其中交流又被分为交流异步电机和交流同步电机。直流电机因为设计原理较为简单，因此其控制策略的设计也相对容易；而我们所要研究的永磁同步电机是交流电机，他的结构复杂，想要建立他的动态数学模型，根据其运行原理，我们必须重视它所具有的非线性多变量强耦合的特点，这将会在下文中做出重点分析。由于早期对电机的要求标准没有那么高，直流电流调速系统比交流电机调速系统具有更优良的性能，但随着矢量控制系统理论的不断完善，交流调速系统的性能的到了质的改变。