毕业设计___永磁同步电机矢量控制方法研究.doc

毕业论文（设计） 永磁同步电机矢量控制方法的研究 论文答辩日期 答辩委员会主席 摘 要 随着科学技术的进步，永磁同步电机（PMSM）由于性能优越而得到了广泛的应用和发展。电子、计算机以及电力电子等技术的飞速发展促进了交流电气传动控制的发展，控制理论的发展为永磁同步电机先进控制策略的提出提供了理论依据。特别是在高精度和高可靠性控制系统中，永磁同步电机已逐步成为主流电机。加之我国稀土资源比较丰富，这就为永磁同步电机的控制研究提供了基础，使之快速成为电机控制领域的重点和热点。 为了提高永磁同步电机控制系统的控制性能，使其达到更快的响应速度，高精度的动稳态性能的控制效果，本文提出了定子最小电流控制和id=0控制的矢量控制理论。 这篇文章首先建立了永磁同步电机的数学模型，并探讨了永磁同步电机的运行特点和定子最小电流比和id=0控制机理。建立SVPWM控制模块控制逆变器功率开关管的通断，并将两种控制方法进行比较。仿真结果表明取得了较好的控制效果。 关键词：永磁同步电机，矢量控制理论，SVPWM,定子最小电流，id=0控制 目 录 摘 要………………………………………………………………………………..I Abstract………………………………………………………………………………II 1 绪言 1.1 课题研究的背景及意义 ………………………………………………………...1 1.2 永磁同步电机的发展 1 1.3 永磁同步电机的结构和分类 2 1.4 永磁同步电机的优点 2 1.5 永磁同步电机控制方法 3 1.5.1 矢量控制 3 1.5.2 直接转矩控制 3 2 建立永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型 2.1 假设条件 4 2.2 永磁同步电机三相静止坐标系下的数学模型 4 2.2.1永磁同步电机的电压回路方程 4 2.2.2永磁同步电机的磁链方程 4 2.2.3 永磁同步电机的电磁转矩方程 5 2.2.4 永磁同步电机的机械运动方程 6 2.3 永磁同步电机在两相静止坐标系中的数学模型 6 2.4 永磁同步电机在两相旋转坐标系中的数学模型 6 3 永磁同步电机定子电流最小控制和id=0控制的工作原理 3.1 永磁同步电机矢量控制原理 8 3.1.1 三相/两相变换（3s/2s） 8 3.1.2 两相静止/两相旋转变换（2s/2r） 8 3.2 定子最小电流控制原理 9 3.2.1 最大转矩电流比 (MTPA )原理 9 3.2.2 采用曲线拟和的方法反解MTPA关系式 10 3.3 id=0控制原理 11 4 建立永磁同步电机定子电流最小控制的仿真模型 4.1 仿真软件平台 14 4.2 坐标变换模块 14 4.3 空间矢量脉宽调制(SVPWM)模块 15 4.4 电流反馈控制模块 20 4.5 永磁同步电机控制系统仿真 21 5 仿真结果 5.1电流控制方式和最小定子电流控制方式下的仿真出电流、转速和转矩波形 23 5.2仿真结果分析 24 6 总结与展望 6.1 总结 26 6.2 展望 26 致 谢 28 参考文献 29 1 绪言 1.1 课题研究的背景及意义 永磁同步电机作为一种机电能量转换装置，已经很广泛的应用于国民经济的各个领域及人们的日常生活中。永磁同步电机，用永磁体代替了绕线式同步电动机转子中的励磁绕组，从而省去了励磁线圈、滑环、电刷。结构简单、效率高、节能效果明显的永磁同步电机广泛应用于工业生产和人们日常生活中。尤其是近年来成功研发了高性能永磁材料以及永磁材料普遍应用，使得永磁同步电机高速发展。同时，随着电力电子技术和先进控制技术等相关技术的不断发展，不断完善了永磁同步电机的控制性能，在相当广泛的领域里正在取代直流电机和步进电机，成为当代高性能伺服系统的主要发展方向。随着永磁同步电机广泛应用于生产生活的各个领域，要求电机具有高精度、高可靠性和较强的抗干扰能力等，除了完善电机工艺制造的性能外，还可以通过对各种控制策略应用于电机的控制，以此来提高的电机的各项性能指标，因此探讨和研究电机优良的控制策略具有重要意义。随着各种控制理论及其相关基础学科的不断发展与完善，永磁同步电机一定会在不久的将来更加广泛应用于社会生产生活中。因此研究永磁同步电机定子电流最小控制，具有重要的理论意义和实用价值[1]。 1.2 永磁同步电机的发展 上世纪初，世界上出现的第一台电机就是永磁电机。之后的30年左右出现了永磁同步电机，由于具有结构简单、稳态性能好、可靠性高等特点，受到社会各界研究学者和企业的青睐[2]。但在永磁同步电机诞生之初，永磁同步电机很少应用于中小功率的调速系统。这主要是同步电机与异步电机的工作方式不同，永磁