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摘 要

相比较于其他形式的电机，永磁同步电机（PMSM）具有动力性能好、体积小和效率高的特点。近年来随着电力电子技术的发展以及永磁电机研究开发经验的日益成熟，永磁同步电机被广泛应用于工农业、国防和日常生活中。本文介绍了永磁同步电机的分类，研究了永磁同步电机矢量控制，主要内容如下：

本文首先介绍了永磁同步电机在三相静止坐标系下和两相旋转坐标系下的数学模型和坐标变换，并对电压空间矢量(SVPWM)的原理、合成,扇区判断，矢量作用时间，切换时间等进行了详细的说明。采用MATLAB实现电压空间矢量调制(SVPWM)，包括合成扇区判断，矢量作用时间，切换时间功能等模块，建立了基于MATLAB的永磁同步电机矢量控制系统仿真模型。之后，选择合适的PI调节器参数，对永磁同步电机进行调速控制，给出了控制仿真波形。仿真结果表明采用基于的转速、电流双闭环矢量控制的永磁同步电机驱动系统有良好的控制性能。

关键词：永磁同步电机；矢量控制；PI调节； 坐标变换；MATLAB

Abstract

Compared with other forms of motor, permanent magnet synchronous motor (PMSM) has good dynamic performance, the characteristics of small size and high efficiency. In recent years, with the development of power electronic technology and the research experience of permanent magnet motor is increasingly mature, permanent magnet synchronous motors are widely used in industry and agriculture, national defense and daily life. This paper introduces the classification of the permanent magnet synchronous motor has can achieve the highest level of our country and the world, mainly has carried on the research of permanent magnet synchronous motor vector control, its main content is as follows:

This paper first introduced the permanent magnet synchronous motor in the three-phase static coordinate system and two-phase rotating coordinate system and the coordinate transformation. The mathematical model and the principle of voltage space vector (SVPWM), synthetic, sector, vector effect time, switching time and so on has carried on the detailed instructions. Using MATLAB to realize the voltage space vector modulation (SVPWM), it including the synthesis of sector, vector function time, function modules, such as switching time, and established the permanent magnet synchronous motor vector control system based on MATLAB simulation model. Later, choose the right PI controller parameters, speed control of permanent magnet synchronous motor, the simulation waveform is given. The simulation results show when current is zero that the speed and current double closed-loop vector control of permanent magnet synchronous motor drive system has good control performance.

Key words: permanent magnet synchronous motor; vector control; PI tuning; coordinate transformation; Matlab

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2永磁同步电机 1

1.2.1永磁同步电机简介 1

1.2.2永磁同步电机的结构与分类 2

1.2.3永磁同步电机的工作原理 3

1.2.4国内外永磁同步电机的发展情况 4

1.3永磁同步电机矢量控制技术 6

1.4 Matlab仿真软件 7

1.5 本文的主要内容及章节安排 10

第二章 永磁同步电机数学模型及矢量控制原理 11

2.1永磁同步电机的数学模型 11

2.2电压空间矢量调制（SVPWM） 13

2.2.1 空间矢量的定义 14

2.2.2 SVPWM的原理 14

2.2.3 SVPWM的合成 16

2.2.4 SVPWM的扇形区判断 18

2.2.5 七段式SVPWM的实现 19

2.3 本章小结 20

第三章 基于MATLAB的永磁同步电机矢量控制系统仿真 21

3.1 SIMULINK仿真 21

3.2 PI控制器 23

3.2.1 PT控制器设计 23

3.2.2 PI控制器参数整定 24

3.3 仿真结果 27

3.4本章小结 30

第四章 结论 31

参考文献 32

致谢 33

绪论

1.1 课题背景

永磁同步电机作为一种机电能量转换装置，已经很广泛的应用于国民经济的各个领域及人们的日常生活中。永磁同步电机，用永磁体代替了绕线式同步电动机转子中的励磁绕组，从而省去了励磁线圈、滑环、电刷。结构简单、效率高、节能效果明显的永磁同步电机广泛应用于工业生产和人们日常生活中。同时，随着现代电力电子技术、微电子技术及计算机技术等支撑技术的快速发展，以永磁同步电机作为执行机构的交流调速系统的发展得以极大的跨进。由于调速控制技术是决定交流调速系统性能好坏的关键技术之一，所以这也是国外交流调速技术封锁的主要部分。随着国内交流调速使用的电机及驱动器等硬件技术逐步成熟，以软形式存在于控制芯片中的调速控制技术已成为制约我国高性能交流调速技术及产品发展的瓶颈。所以，虽然国内变频调速系统的研究非常活跃，但是在产业化方面仍然不是很理想，市场的大部分还是被国外公司所占据，为了加快国内变频调速系统的发展，就需要对国际变频调速技术的发展趋势有一个全面的了解和学习，并且有所创新。因此研究高性能交流调速控制技术，特别是最具应用前景的永磁同步电机调速控制技术，具有重要的理论意义和实用价值。

1.2永磁同步电机

1.2.1永磁同步电机简介

永磁（PM）电机具有高转矩/惯量比、功率密度高、效率和功率因数高的特点,因此在工业、民用、军事等领域的应用越来越广泛。永磁电机分为永磁无刷直流电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）。其中永磁直流无刷电机是以方波或者梯形波供电，而永磁同步电机是以正弦波或者方波供电的。正弦波永磁同步电机具有转矩脉动小，可用相位补偿电流控制器的滞后，需磁极传感器，电流控制复杂等运行特点。而方波永磁同步电机具有相电流切换时产生转矩波动，电流控制有延迟使得转矩降落，只要简单的磁极位置传感器，电流控制简单等运行特点。

图1-1 PMSM 的不同转子结构

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