永磁同步电机双闭环矢量控制系统仿真实验指导书.docx

1、永磁同步电机双闭环矢量控制系统仿真实验指导书题目1永磁同步电机双闭环矢量控制系统仿真实验目的1.加深理解永磁同步电机矢量控制系统的工作原理2.掌握永磁同步电机驱动系统仿真分析方法1.永磁同步电机双闭环控制系统建模2.电流控制器设计3.电流环动态跟随性能仿真实验4.转速控制器设计5.转速环抗负载扰动性能仿真实验6.给出仿真实验结果与理论分析结果的对比及结论三.预习内容注：以下所有找不到的器件均可以通过搜索框搜索Simulink 的启动 在 MATLAB键入 Simulink，进入 Simulink library , 2014版本的可直接点击MATLAB面上的Simulink library ，

2、在Simulink界面 上选择File-New-Model。如图1所示：图1 Simuli nk 界面在Simulink 级标题下点击source将step（阶跃函数）拖入空白文件作为转速给定，也可用两个ramp函数相减，使转速缓慢达到预定转速，如图 2：图2转速给定在Simulink 级标题下点击 Ports & Subsystems 选择Subsystem放入空 白文件并双击，删除In1和Out1的连线，如图3：图3子函数模块选择 SimulinkContinuous 下的 integrator 、Simulinkdiscontinuous 下的 Saturation、Simulinkma

3、th operation 下的 gain 和 Add,连好线后保存并返回，作为PI调节器，其中saturation 可设置上下限为100和-100，如图4：图4 PI子函数模块设置此PI调节器输出结果作为lq的电流给定，同样方法得到一个 PI调节器，输出结果作为电压给定，并设置 saturation 上下限为380和-380, Simulink下 math operation 选择sum双击并修改第二个“ +”为“-”，如图5：图5转速和电流反馈PI调节选择SimulinkPorts & Subsystems 下的Subsystem拖入并双击进入子系 统，并添加2个In1和1个Out1如图6：

4、图6接口模块Simulinkmath operation 下选择 Trigonometric Function 、Product、Subtract、Add加入文件，设置好后保存并退出，作为逆 Park变换，如图7：图7反Park变换再生成一个PI调节器，作为d轴电流调节器，Simulinksource中选择 constant并设置为0,如图8:0ini OutlidPlIniV-*PIPH图8静止坐标系电压生svpwm模块建立过程过于复杂，可参考文献12，只列出总体框图如图9和图 10,其中Ts为开关周期，Udc为直流母线电压。图9 SVPWM生成结构SVPiN KI图10 SVPWM生成模块

5、三相桥模块：早期版本MATLA选择SimPowerSystemsspecialized TechnologyPower Electronics 文件下的 Universal Bridge （ ATTENTION 这一步不在Simulink 级标题下，往下寻找），2014 版本在Simscape SimPowerSystems Tech nologyPower Electro nics, 找不到可以在搜索框中 f 八同+输入对应器件名称搜索。直流母线电压源：SimPowerSystemsspecialized Tech nologyElectrical sources 选择 DC voltage

6、 source ，电压设置为 530V,如图 11:图11三相桥模块添加 PM电机模块：SimPowerSystemsspecialized Tech no logyMachi nes 选 择Perma nent Mag net Synchron ous Motor, 在添加Step信号作为转矩输入，暂时设置为0,如图12：图12 PMSM电机模块设置选择 SimulinkSignal routing 下的 Bus selector ，PMSMt的 m连接到 Bus selector 上的输入端，双击 Bus selector, 选择 Signals in the bus 下的项， 点击中间的

7、select，可以全部添加。如图13：Tfoa il-jck t biii as uip it -dudrii aari be cce rt ed i Bus Crtsafl Bus Se-lar讣曲it# W5 魅 Uki。*乳 Th* th* m xhtie j-t3ec1 bultoii ta stLcct th cutpLit TU Ei/lit UjnliL 出hiua the Jt：jec1 lafertribh r4ri*Iih Mlaetlav Chh Owtpwi. w bw I* eutpuii araial.F BFBBrrt STH图13输出参数设置选择Simulink

8、Signal routing 下的Mux,双击将数字改为3,将Busselector输出端的A BC相电流连接到Mux的输入端，如图，并选择simulinkSink 添加示波器Scope观测电流，如果需要查看波形的FFT,双击 scopeparametershistory, 去掉 limit data point to last 并勾选 save data to workspace 如图 14:I H- li h !- b .-Thi：SraNrsui feABJir*图14电流解耦Clark 变换：simulinkPorts & Subsystems选择 Subsystem,双击进入添 加

9、Mux 和 DeMux user-defined Functions 选择 Fen,其中 Iabc 为三相电流，设置如图15：图15 Clark变换参数设置Park变换：Clark变换的输出Ia、lb和电机的theta角作为park变换的输 入，需要添加Mux模块，其中Function设置如图16所示：图16 park变换参数设置双击点击模型，点击parameter选项,根据设置的电机极对数选择对电机转 子输出的机械角度乘以极对数得到电角度，如图17红色圈所示.电机为感性负 载,Clark电流变换的角度有90相位差,所以需要减去90度.SimscapeSimpowerSystemspecial

10、ized Tech no logy 选择 powergui 添加至 U仿真 图中，最终仿真图如图17所示：图17总体框图仿真参数设置 Simulationmodel configuration parameters ，仿真步长可以设置为定步长或者变步长，定步长，此处设置为开关周期的一百分之一即 1/600000 ,变步长可以设置最大步长为开关周期的百分之一，在不同步长情况下 查看仿真结果：图18仿真参数设置女口果仿真过程中出现 Data logging exceeded available memory ，可以在 示波器parameters中的参数，limit to last选项后的勾去掉，或

11、者修改图18 中仿真步长。若要添加转矩反馈，可以添加在电流反馈环之前。调整转速 PI参数看看结果变化。以上得到了最简易的电路图，反馈的转速单位为rad/s，给定转速单位若为r/min，需要 在反馈的转速乘以 30/pi。线电压显示：simpower下面找到 voltage measurement添加三个到电路图， +端连接三相桥的A相，“-”连接三相桥的B相，其余两个分别连接 B-C，C-A。相电压显示：将三相桥的直流电压给定分为两个， 中间接地ground ,A B C相通过voltagemeasurement与ground相减 连接示波器即可，如图 19：四.实验报告要求：1对电机驱动系统的转速、电流、电压等仿真波形进行分析。2研究转速和电流调节器参数对驱动系统动态性能的影响。参考文献：1范心明基于SIMULINK的SVPW仿真J. 电气传动自动化,2009,03:19-21+34.2 SVPWM的原理及法则推导和控制算法详解 SV P