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摘 要

永磁同步电机具有高转矩/惯量比、高效率、高功率密度、结构简单、体积小、响应快、应用范围广等优点。随着电力电子技术和微型计算机的发展，永磁材料性能的不断提高以及永磁电机控制技术的不断成熟，永磁电机在伺服系统、电动汽车、轨道交通、采暖通风、石油、钻井、电梯、流程工业、船舶推进、风力发电、航空航天和国防等诸多领域获得了越来越广泛的应用。本文在分析PMSM的数学模型和矢量控制的理论基础上，提出了PMSM的矢量控制建模的方法。利用MATLAB软件提供的功能强大的仿真simulink模块，搭建PMSM的矢量控制双闭环模型，简单介绍了模型中各个组成部分；电流模块，速度模块，PMSM电机主体模块，并对仿真结果进行分析。

关键词：永磁同步电机；建模仿真；MATLAB；矢量控制

Simulation of permanent magnet synchronous motor speed regulation system

ABSTRACT

The permanent magnet synchronous motor with high torque/inertia ratio, high efficiency, high power density, simple structure, small size, fast response, wide range of applications and so on. With the development of power electronics technology continues to mature and microcomputers, and continuously improve the performance permanent magnetic and permanent magnet motor control technology, permanent magnet motor servo systems, electric vehicles, rail transportation, heating, ventilation, heating, ventilation, oil, drilling, elevators, process industry, marine propulsion, power generation, aerospace and defense and many other areas get more and more widely used. In this paper, the theoretical basis of the analysis of mathematical models and PMSM vector control, the proposed modeling method of vector control of PMSM. With powerful simulation software MATLAB simulink module provides vector control of PMSM build double-loop model, a brief introduction to the various components of the model: current module, the speed module, PMSM motor body module, and analysis of the simulation results.

Key word: Permanent magnet synchronous motor; modeling and simulation; MATLAB; vector control

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪 论 1

1.1 永磁同步电机国内外研究现状 1

1.2 Matlab/Simulink 简介 3

1.3 课题的意义和主要内容 4

1.3.1本文的主要内容 4

1.3.2本文的组织结构 4

1.4本章小结 5

第二章 永磁同步电机系统 6

2.1 永磁同步电机 6

2.2永磁同步电机的结构和种类 7

2.2.1永磁同步电机的内部结构 7

2.2.2永磁同步电机的种类 8

2.3永磁同步电机的应用 8

2.4本章小结 10

第三章 永磁同步电机的矢量控制原理 12

3.1 矢量控制原理及电机方程 12

3.1.1矢量控制基本思想和原理 12

3.1.2矢量控制系统的等效电机方程 14

3.2 永磁同步电机矢量控制数学模型 15

3.2.1永磁同步电机的物理方程 15

3.2.2永磁同步电机的矢量控制模型 16

3.2.3永磁同步电机等效电路 17

3.2.4永磁同步电机的矢量控制方法的选择 18

3.3本章小结 19

第四章 PMSM控制系统的MATLAB仿真 20

4.1 SIMULINK的仿真步骤 20

4.2 矢量坐标变换的仿真 22

4.3永磁同步电机矢量控制仿真 23

4.3.1永磁同步电机的仿真模型的构建 24

4.3.2空间矢量SVPWM发生模块的建立 24

4.3.3PMSM矢量变换控制系统框图 28

4.3.4永磁同步电机矢量控制调速系统的控制过程 29

4.4 正弦波永磁同步电机变频调速系统仿真 29

4.5永磁同步电机矢量控制系统闭环控制方法的选择 33

4.6闭环控制系统仿真 34

4.6.1 电流PI控制模块 35

4.6.2 速度PI调节模块 38

4.6.3坐标变换模块 38

4.6.4仿真结果 40

4.7 本章小结 41

结论 42

参考文献 43

致谢 44

绪 论

1.1 永磁同步电机国内外研究现状

早期对永磁同步电机的研究主要为固定频率供电的永磁同步电机运行特性的研究，特别是稳态特性和直接起动性能的研究。永磁同步电动机的直接起动是依靠阻尼绕组提供的异步转矩将电机加速到接近同步转速，然后由磁阻转矩和同步转矩将电机牵入同步。V.B.Honsinger和M.A.Rahman等人在这方面做了大量的研究工作^[1]。

上个世纪八十年代国外开始对逆变器供电的永磁同步电动机进行深入的研究。逆变器供电的永磁同步电机与直接起动的永磁同步电机的结构基本相同，但在大多数情况下无阻尼绕组。阻尼绕组有以下特点：第一，阻尼绕组产生热量，使永磁材料温度上升；第二，阻尼绕组增大转动惯量、使电机力矩惯量比下降；第三，阻尼绕组的齿槽使电机脉动力矩增大。在逆变器供电情况下，永磁同步电机的原有特性将会受到影响，其稳态特性和暂态特性与恒定频率下的永磁同步电机相比有不同的特点。1980年后发表了大量的论文研究永磁同步电机的数学模型、稳态特性、动态特性。A.V.Gumaste等研究了电压型逆变器供电的永磁同步电动机稳态特性及电流型逆变器供电的永磁同步电动机稳态特性^[2]。

随着对永磁同步电机调速系统性能要求的不断提高，需要设计出高效率、高力矩惯量比、高能量密度的永磁同步电机，G.R.Slemon等人针对调速系统快速动态性能和高效率的要求，提出了现代永磁同步电机的设计方法^[3]。

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