永磁同步电机控制系统仿真模型的建立与实现Word文档格式.docx
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将-=0带入上式，有
•**
•ld
P"
%0
7
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I
⑵
3出匕/2丿0
L,n-
式
（1）.
（2）中，-是直轴电流，b是交轴电流，0“是转速。
由式仃）、
（2）可以看
出，实际是对电流。
和匚控制，将它们转化为叫和叫，然后经转换后实现PMSM的SVPWM控制。
画出PUSH的控制系统框图如图1所示。
注意电流环的PI调节器可以同时控制两个在matlab中建模时将其分开，但参数是一样的。
图1S=0时PMSM的SVPWM控制系统框图
2・坐标变换
SYPWM矢量控制最重要的是接收坐标变换后的信号，上述控制系统的Ipark变换为
图2Ipark变换
Clarke和park变换是将abc三相电流变为d轴电流和q轴电流，该公式和matlab自带模型幅值和角度有差别，matlab选取的参考角度与本文相差丄兀，以转矩最大值为参考,
2
其幅值为-,本文的公式和仿真模型将Clarke和park变换结合求解为3
22
lh
COS&
COS（&
——龙）COS@+—7F）
2?
一sin&
-sin（&
-一zr）-sin（&
+—兀）
其中，（4）式Clarke将abc三相电流变为a.0两相电流的公式为
L
•la
la
%
=J2/3
1-0.5-0.5
0V3M-a/374J
lb
■仄」
⑷式的Park变换将a、0两相电流变换为d轴和q轴，电流公式与电压公式一
表1空间矢量电压
输入电压
桥臂状态（A\B\C）
Us
u0
U1
1
（2/3）Ud
u2
•用
（2/3）U.e1
u3
（2/3）Ude~
u4
（2/3）Udejff
u5
.4兀
u6
.5x
u7
电压空间矢疑PWM（SVPWM）基本思想是按空间矢量的平行四边形合成法则，用相邻的两个有效的工作矢量合成期望的输出矢量。
表1中有两个电压为0,无效，按绚一“66个有效电压矢量空间分成对称的6个扇区，当期望的输出电压矢量落在某个扇区内时，就用该扇区的两边的有效电压矢量与零矢疑等效合成，如图5所示。
图5对应扇区和空间电压矢量合成
确定m所在的扇区，定义Ipark变换的"
尸和％不同值对应的扇区:
作>
0,A=1,elseA=0
y/3ua-uQ>
0,B=l.elseB=0
-\3ua-“0>
0,C=0,elseC=1
则上述定义对应的扇区为N=4+2B+4C,不同取值正好依次对应6个扇区。
Consur.t!
图6扇区判断仿真模型
每个扇区相邻的电压矢量有特定的作用时•间，SVPWM控制同样根据心和％计算扇区相邻的两个基本电压矢量的作用时间，定义:
图7电压矢呈合成周期相关变疑的定义仿真模型
根据式（8）,不同扇区的相邻电压矢量飪和T2在整个PWM中断周期为表2各扇区Ti和A合成取值
N=1（I）
N=2（II）
N=3（III）
N=4（IV）
N=5（V）
N=6（VI）
Z,Y
Y.Y
-z.x
-x,z
X,-Y
不同扇区对应电压合成A和b不一致，所以不同扇区的逆变器3个桥臂上的开关切换时间与上述Ti和L逆变器自由频率密切相关，令
扇区
N=1
（1）
N=2（Il）
N=5（V）
PWM,（TC0M1）
fb
fa
ta
tc
fh
PWM,
（TCOM2）
fc
h
J
PWM：
<
（TCOM3）
图9开关切换时间和PWM波形的调制
4.PI控制器参数设计
完成PWM波形调制后整个SVPWM控制算法即可实现，仿真模型建立完毕。
整个PMSM控制系统仿真模型如图10。
逆变器和PMSM本体模型参考matlab自带模型，本文研究控制算法，且PMSH的d轴和q轴变换和0=0的状态方程已给出，本文不再详细讨论。
下面将进一步设计两个PI控制器参数S役
r*Qri|4i
图10PMSM控制系统仿真模型
内环PI参数
由于PMSM采用双闭环控制，首先需要确定内环参数，內环为电流环。
在PI控制器设计时，它时一个典型【系统。
永磁同步电机电流环传递函数框图如图11。
图11PMSM电流环传递函数框图
定义G（$）=Kp+”为电流PI调节器的传递函数，Kp是比例系数，K「为积分系数。
在工程设计中，伦由Kp和积分时间常数匚.决定，Ki=K{,Itc。
根据PID调节器的工程设计方法，选择电流调节器的零点对消被控对象的大时间常数极点。
所以rc=Ld/Ra。
根据上述分析，代入以的值，得电流环开环传递函数
Kn
W（s）=匚（10）
Rarc（Tss+\）（Tifs+\）
式中，丁,为PWM工作周期，本文PWM频率设置为，周期为，币为电流环滤波常数，周期为40uso
由于7；
和坊都很小，可以用可用一个时间常数①的一阶环节代替这两个惯性环节,
7?
=7；
+坊。
于是电流环开环函数变为一个典型I型系统。
（11）
K
W（s）=
s（Tsfs+\）
式中，K=—
外环PI参数
在设计速度环时，可以把电流环作为速度控制系统中的一个环节，电流环是一个二阶振荡环节，由于速度环的截止频率较低，因此可以忽略电流环高次项，对电流环闭环传递函数进行降阶处理，降阶后电流环的等效传递函数为：
W⑶-叫）一1_1
clW（s）+1Tsfs2/K+s/K+\2几
（14）
图12PMSM速度环等效传递函数框图
同样定义G,s）=K『,+」为速度PI调节器的传递函数，K”为速度环PI控制器
\
比例系数，心为速度环PI控制器积分系数。
由于图12中①和7；
（转速滤波时间，为加s）很小，同样可以将两个小惯性环节合成一个惯性环节，此时有T：
f=2Tsf+Tat由此可得系统的开环传递函数为
W（s）=K"
$+l）
“）$g+l）
按照典型II系统设计PI控制器，对于典型II型系统的参数按照闭环系统的最小幅频特性峰值来确定，中频带宽h—般取5为最佳的选择。
此时有
'
Kps/Kls=r„=hT；
f
（17）
K一力+1
n"
2/rTj
根据上述分析和推导，有
（18）
K=
J斗
25T^K!
式中，J=0.0008kg//H2o代入数据得Kps=0」43,K曲=9.93。
仿真时，电机直流侧的电压设置为220W其它参数为上面文章所述，本文的主要
仿真结果如下:
O■
5
40
36
30
25
为
15
10
6
04-0.200.20.4D.6
°
C
QO1002D030040£
60£
S0D7D£
B009Q
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