永磁同步电机系统仿真(毕业论文doc).pdfVIP

第1章绪论1.1课题研究的背景1.1.1永磁同步电机的发展状况永磁同步电机出

现于20世纪50年代。其运行原理与普通电激磁同步电机相同，但它以永磁体替

代激磁绕组，使电机结构更为简单，提高了电机运行的可靠性。随着电力电子技术

和微型计算机的发展，20世纪70年代，永磁同步电机开始应用于交流变频调速系

统。20世纪80年代，稀土永磁材料的研制取得了突破性的进展，特别是剩磁高、

矫顽力大而价格低廉的第三代新型永磁材料钕铁硼NdFeB的出现，极大地促进了永

磁同步电机调速系统的发展。尤其值得一提的是我国是一个稀土材料的大国，稀土

储量和稀土金属的提炼都居世界首位。随着稀土材料技术的不断发展，永磁材料的

磁能积已经做的很高，价格也早就满足工业应用的需要，加上矢量控制水平的不断

提高，永磁同步电动机越来越显出效率高、功率密度大、调速范围宽、脉动转矩小

等高性能的优势。使我国在稀土永磁材料和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际

先进水平。新型永磁材料在电机上的应用，不仅促进了电机结构、设计方法、制造

工艺等方面的改革，而且使永磁同步电机的性能有了质的飞跃，稀土永磁同步电机

正向大功率超高速、大转矩微型化、智能化、高性能化的方向发展，成为交流调速

领域的一个重要分支12。由于受到功率开关元件、永磁材料和驱动控制技术发展水

平的制约，永磁同步电机最初都采用矩形波波形，在原理和控制方式上基本上与直

流电机类似，但这种电机的转矩存在较大的波动。为了克服这一缺点，人们在此基

础上又研制出带有位置传感器、逆变器驱动的正弦波永磁同步电机，这就使得永磁

同步电机有了更广阔的前景。1.1.2永磁同步电机控制系统的发展随着永磁同步电

动机的控制技术的不断发展，各种控制技术的应用也在逐步成熟，比如SVPWM、

DTC、SVM-DTC、MRAS等方法都在实际中得到应用。然而，在实际应用中，各

种控制策略都存在着一定的不足，如低速特性不够理想，过分依赖于电机的参数等

等，因此，对控制策略中存在的问题进行研究就有着十分重大的意义。1971年，

德国学者相继提出了交流电机的矢量变换控制的新思想、新理论和新技术，它的出

现对交流电机控制技术的研究具有划时代的意义。因为这种通过磁场定向构成的矢

量变换交流闭环控制系统，其控制性能完全可以与直流系统相媲美。而后，随着电

力电子、微电子、计算机技术和永磁材料科学的发展，矢量控制技术得以迅速应用

和推广。矢量控制是在机电能量转换、电机统一理论和空间矢量理论基础上发展起

来的，它首先应用于三相感应电动机，很快扩展到三相永磁同步电机。由于三相感

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ǎ允噶靠刂朴来磐降缁?小功率和高精度的场合应用广泛。

随后，1985年，由德国鲁尔大学Mr.Depenbrock教授首次提出了直接

转矩控制的理论，接着又把它推广到弱磁调速范围。与矢量控制技术相比，直接转

矩控制很大程度上解决了矢量控制三相感应电动机的特性易受电机参数变化的影响

这一问题。直接转矩控制一诞生，就以自己新颖的控制思想，简洁明了的系统结构，

优良的静动态性能受到了普遍的关注和得到了迅速的发展。目前该技术成功地应用

在电力机车牵引的大功率交流传动上。德国、日本、美国都竞相发展此项新技术34。

20世纪90年代后，随着微电子学及计算机控制技术的发展，高速度、高集成度、

低成本的微处理器问世及商品化，使全数字化的交流伺服系统成为可能。通过微机

控制，可使电机的调速性能有很大的提高，使复杂的矢量控制与直接转矩控制得以

实现，大大简化了硬件，降低了成本，提高了控制精度，还能具有保护、显示、故

障监视、自诊断、自调试及自复位等功能。另外，改变控制策略、修正控制参数和

模型也变得简单易行，这样就大大提高了系统的柔性、可靠性及实用性。近几年，

在先进的数控交流伺服系统中，多家公司都推出了专门用于电机控制的芯片。能迅

速完成系统速度环、电流环以及位置环的精密快速调节和复杂的矢量控制，保证了

用于电机控制的算法，如直接转矩控制、矢量控制、神经网络控制等可以高速、高

精度的完成。非线性解耦控制、人工神经网络自适应控制、模型参考自适应控制、

观测控制及状态观测器、线