交流永磁同步电机调速系统仿真建模研究
摘 要
永磁同步电机具有高转矩/惯量比、高功率密度、高效率、体积小、响应快等优点。近年来，随着材料技术的不断发展，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，永磁电机在电动汽车、数控机床、工业机器人、家用空调、仪表、计算机外围设备、音响设备、航空设备等众多场合获得了广泛应用。本文在分析PMSM的数学模型和矢量控制理论的基础上，提出了PMSM的矢量控制建模的方法。利用MATLAB/SIMLINK软件环境的强大仿真功能，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；仿真建模 ；Matlab；矢量控制
ABSTRACT
The permanent magnet synchronous motor with high torque/inertia than high power density high efficiency advantages such as small volume of fast response in recent years, along with the development of material, permanent magnetic material properties and the continuous improvement of the permanent magnet motor control technology continues to mature, permanent magnet motor in the electric car numerical control machine tool industry robot family expenses air conditioning instrument computer peripheral audio equipment aviation equipment and so on numerous occasions has widespread application.Based on the analysis of mathematical models of PMSM and theories of vector control，this novel proposed PMSM vector control modeling method. Under the powerful simulation function,we used MATLAB/SIMLINK software to establish the vector control structures PMSM double-loop model,and briefly introduced components of the model: current module, speed module, the main motor module of PMSM, and analysis of the simulation results.
Key words：permanent-magnet synchronous motor; modeling and simulation; Matlab; vectorcontrol
目录
第一章 绪 论 1
1.1 国内外研究现状 1
1.2 建模仿真软件的介绍 2
1.3本文研究的内容 3
第二章 永磁同步电动机的原理 4
2.1 永磁同步电动机 4
2.2 永磁同步电动机的结构 5
第三章 PID算法的介绍和原理分析 7
3.1 PID算法介绍 7
3.2 PID算法原理分析 9
第四章 永磁同步电机的矢量控制 12
4.1 矢量控制原理及电机方程 12
4.1.1 矢量控制基本思想和原理 12
4.1.2 矢量控制系统等效电机方程 13
4.2 永磁同步电机矢量控制数学模型 14
4.2.1 物理方程 14
4.2.2 矢量控制模型 15
4.2.3 永磁同步电机等效电路 16
第五章 仿真结果与分析 19
5.1 Simlink的仿真步骤 19
5.2 矢量坐标变换的仿真 21
5.3正弦波永磁同步电动机变频调速系统仿真 22
结论 26
参考文献 27
致 谢 29
第一章绪 论
1.1国内外研究现状
电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。电气传动控制系统通常由电动机、控制装置和信息装置3部分组成，电气传动关系到合理地使用电动机以节约电能和控制机械的运转状态，实现电能-机械能的转换，达到优质、高产、低耗目的。电气传动分成不调速和调速两大类，调速又分交流调速和直流调速两种方式。不调速电动机直接由电网供电，但随着电力电子技术的发展这类原本不调速的机械越来越多地改用调速传动以节约电能(节约15%～20%或更多)，改善产品质量，提高产量。在我国60%的发电量是通过电动机消耗的，因此调速传动是一个重要行业，已经得到国家重视，目前已有一定规模[1]。
交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术，变频调速是交流调速的基础和主干内容。上个世纪变压器的出现使改变电压变得很容易，从而造就了一个庞大的电力行业。长期以来，交流电的频率一直是固定的，变频调速技术的出现使频率变为可以充分利用的资源。
近10年来，变频技术的应用在我国有很大的发展，并取得了良好的效果可以说，变频技术已为大多数用户所接受，但是不能不指出，我国在变频技术的应用方面，与发达国家的水平尚有很大差距，目前，我国在用的交流电动机使用变频调速运行的仅6%左右，而下业发达国家已达(60%~70%)，日本在风机、水泵上变频调速的采用率已达10% ,而我国还不足0.01%.在日本，空调器的70%采用了变频调速，而我国才刚刚起步。从这个现实出发，变频技术尚有很大的发展空间，应该锲而不舍地做好推广应用工作。而且随着控制技术和控制手段的不断提高，变频调速又由变压变频控制的变频调速发展到了矢量控制变频调速，通过控制交流电动机里相当于并励直流电动机励磁绕组的磁通变化，提高变频器的恒转矩输出范围和动静态特性，使得交流电动机变频调速系统的性能超过了直流电动机调压调速系统的性能。为了简化控制系统，减少设备故障率，在矢量控制变频调速的基础上又发展了无速度传感器的矢量控制变频调速。在一些对动静态特性要求不太高的应用中，无速度传感器的矢量控制变频调速己完全可以和有速度传感器的矢量控制变频调速相媲美。矢量控制对交流电机调速具有划时代的意义。变频调速是电机调速的最佳方式，是企业技术改造和产品更新换代的理想设备，是工业自动化系统必不可少的组成部分，是实现生产过程和管理自动化的前提，也是信息化发展的先决条件。在我国传统产业中，采用直流电机拖动的调速系统约占调速系统总量的85%~90%，而交流调速系统仅占10%~15%。效率低、质量差、消耗大、故障率高己成为制约企业发展的瓶颈。因此，必须积极推广先进的交流变频调速技术，用先进的设备武装传统产业，促进自动化、工业化和信息化的进一步发展[2]。
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