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

1、%将-=0带入上式，有 * ldP% 07 lqI3出匕/ 2丿 0L ,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1 S = 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2 Ipark变换Clarke和park变换是将abc三相电流变为d轴电流和

2、q轴电流，该公式和mat lab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 32 2lhCOS& 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 lala%=J2/31 - 0.5 - 0.50 V3M -a/374Jlb 仄式的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（ABC）Usu

3、0U11（2/3） Udu2用（2/3） U.e1u3（2/3） Udeu4（2/3） Udejffu5.4兀u6.5xu7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“6 6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, else A = 0y/3ua - uQ 0, B =

4、l.else B = 0-3ua -“0 0,C = 0,else C = 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,YY.Y-z.x-x,zX,-Y不同扇区对应

5、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）fbfatatcfhPWM,（TCOM2）fchJPWM： （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

6、参数S役r*Qri|4i图10 PMSM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11 PMSM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KnW（s）= 匚 （10）Rarc（Tss

7、 + ）（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 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）KW（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：W -叫）一 1 _ 1cl W（s） + 1 Tsfs2/K + s/K

8、+ 2几 （14）图12 PMSM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 + 1n 2/rTj根据上述分析和推导，有（18）K

9、 = J斗25TK!式中，J =0.0008kg/H2o 代入数据得 Kps = 043 , 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 540363025为1510604 -0.2 0 0.2 0.4 D.6CQO1 002 D03 004 06 0S 0 D7 DB 009 Q参考文献：1徐衍亮.电动汽车用永磁同步电动机及其驱动系统研究D.沈阳工业大学.2001, 40： 13-17.2张春喜，孙立军，朱建良，等.永磁电动机的控制技术J电机与控制学报， 2005, 9（1）.3杨立永，张云龙，陈智刚，等.基于参数辨识的PMSM电流环在线自适应控制方 法J电工技术学报，2012, 27（3）： 86-914杨明.牛里.王宏佳等.PMSM矢量控制系统的精确仿真研究J电气传动， 2009, 39（10）： 14-17.5董恒，王辉.黄科元.永磁同步电动机驱动系统数字PI调节器参数设计J电 气传动，2009, 39（1）： 7-10.6何继爱，王惠琴.永磁同步电机空间矢量控制系统的仿真J电力系统及其自动 化学报，2005, 17（6）： 14-16