基于MATLAB的PMSM直接轉(zhuǎn)矩控制的建模方法的研究畢業(yè)論文

1、目目 錄錄 1緒論緒論.1 2永磁同步電動(dòng)機(jī)的原理永磁同步電動(dòng)機(jī)的原理.2 3永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制.3 3.1永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型.3 3.2永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn).4 3.2.1轉(zhuǎn)矩增量與定子電壓空間矢量關(guān)系模型轉(zhuǎn)矩增量與定子電壓空間矢量關(guān)系模型.4 3.2.2定子磁鏈控制定子磁鏈控制.5 3.3逆變器開(kāi)關(guān)時(shí)間控制模型逆變器開(kāi)關(guān)時(shí)間控制模型.6 3.4永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的系統(tǒng)永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的系統(tǒng).7 4系統(tǒng)仿真模型的組建系統(tǒng)仿真模型的組建.8 4.1仿真系統(tǒng)仿真系統(tǒng).9 4.

2、2其他模型的建立其他模型的建立.12 5仿真結(jié)果及其分析仿真結(jié)果及其分析.14 6結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ).16 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).16 致謝致謝.17 1 緒緒 論論 直接轉(zhuǎn)矩控制(dtc)是在空間矢量調(diào)速理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型交流 電動(dòng)機(jī)調(diào)速策略，其基本思想是根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩要求，直接選擇合適的定子 電壓空間矢量，實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)。由于直接在定子兩相靜止坐 標(biāo)系統(tǒng)下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，將定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩作為被控制量，根據(jù) 給定轉(zhuǎn)矩與實(shí)際轉(zhuǎn)矩以及給定定子磁鏈與實(shí)際定子磁鏈的偏差來(lái)直接選擇電壓矢量, 從而避免了矢量控制中許多復(fù)雜的矢量變換計(jì)算。所以直接轉(zhuǎn)矩控制策略具有控

3、制 方式簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快、便于實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。直接轉(zhuǎn)矩控制在異步電動(dòng)機(jī)調(diào) 速系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，但在永磁同步電動(dòng)機(jī)(pmsm)伺服控制系統(tǒng)中的應(yīng) 用研究相對(duì)滯后。由于永磁同步電動(dòng)機(jī)具有體積小、重量輕、運(yùn)行可靠、功率密度 高等諸多優(yōu)點(diǎn)，將dtc控制策略應(yīng)用于永磁同步電機(jī)控制中，以提高電機(jī)的快速轉(zhuǎn) 矩響應(yīng)，成為研究者關(guān)注的課題究的熱點(diǎn)課題。 由于電機(jī)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的計(jì)算對(duì)控制系統(tǒng)性能影響較大，為了獲得滿意的轉(zhuǎn)矩計(jì) 算，仿真研究是最有效的工具和手段。本文中利用 matlab 軟件下的 simulink 仿 真工具對(duì) pmsm dtc 系統(tǒng)進(jìn)行仿真；同時(shí)還詳細(xì)地介紹了 dtc 系統(tǒng)中各控制計(jì)算

4、單元的模型的建立，并分析控制系統(tǒng)的性能。 2 永磁同步電動(dòng)機(jī)的原理永磁同步電動(dòng)機(jī)的原理 永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與定子繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度是一樣的。 正由于這樣，同步電動(dòng)機(jī)的電流在相位上是超前于電壓的，即同步電動(dòng)機(jī)是一個(gè)容 性負(fù)載。 同步電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上大致有兩種：永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鋼的幾何形狀不同， 使得轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在空間的分布可分為正弦波和梯形波兩種。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，在 定子上產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)波形也有兩種：一種為正弦波；另一種為梯形波。這樣就造 成兩種同步電動(dòng)機(jī)在原理、模型及控制方法上有所不同，為了區(qū)別由它們組成的永 磁同步電動(dòng)機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)，習(xí)慣上又把正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)組成的

5、調(diào)速系統(tǒng)稱 為正弦型永磁同步電動(dòng)機(jī)（pmsm）調(diào)速系統(tǒng)；而由梯形波（方波）永磁同步電動(dòng) 機(jī)組成的調(diào)速系統(tǒng)，在原理和控制方法上與直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)類似，故稱這種系統(tǒng)為 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)（bldcm）調(diào)速系統(tǒng)。 永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)不同，則電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性、控制系統(tǒng)等也不同。 根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上的位置的不同，永磁同步電動(dòng)機(jī)主要可分為，表面式和內(nèi)置式。 在表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)中，永磁體通常呈瓦片形，并位于轉(zhuǎn)子鐵心的外表面上， 這種電機(jī)的重要特點(diǎn)是直、交軸的主電感相等；而內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的永磁體位 于轉(zhuǎn)子內(nèi)部，永磁體外表面與定子鐵心內(nèi)圓之間有鐵磁物質(zhì)制成的極靴，可以保護(hù) 永磁體。這種永磁電機(jī)的重要特

6、點(diǎn)是直、交軸的主電感不相等。因此這兩種電機(jī)的 性能有所不同。 3 永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制 3.1 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 直接轉(zhuǎn)矩控制是對(duì)定轉(zhuǎn)子磁鏈間的夾角也就是對(duì)轉(zhuǎn)矩角 進(jìn)行控制。先推導(dǎo) 轉(zhuǎn)矩角與電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的數(shù)學(xué)關(guān)系。其中要用到與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)的 d-q 坐標(biāo)系，d 軸正方向?yàn)檗D(zhuǎn)子磁鏈方向；與定子同步旋轉(zhuǎn)的 x-y 坐標(biāo)系，x 軸正方向?yàn)槎ㄗ哟沛?方向；兩相 - 靜止坐標(biāo)系， 軸正方向與電機(jī) a 軸重合。如下圖 3-1 所示。 圖 3-1 pmsm 在不同坐標(biāo)系下的矢量圖 在建立 pmsm 數(shù)學(xué)模型前，先對(duì) pmsm 作如下假設(shè)： 忽略電動(dòng)

7、機(jī)鐵心的飽和，不計(jì)電動(dòng)機(jī)中的渦流和磁滯損耗，轉(zhuǎn)子無(wú)阻尼繞組， 則永磁同步電機(jī)在 d-q 坐標(biāo)系下的基本方程如下： (1) dd dfl i (2) qq ql i (3) ds ddrqur ip (4)qs qqrdur ip (5) 3 () 2 epd qq dtnii (6) d r emr dt ttjb 式中：d、q為定子磁鏈 d、q 軸分量；ld、lq為定子繞組 d、q 軸等效電感； id、iq為定子電流 d、q 軸分量；ud、uq為定子電壓 d、q 軸分量；f為轉(zhuǎn)子磁鏈； rs為定子繞組電阻；p 為微分算子；r為轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度；te為電磁轉(zhuǎn)矩；np為 電機(jī)極對(duì)數(shù)；tm為負(fù)載轉(zhuǎn)矩

8、；j 為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；b 為粘滯系數(shù)。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步推導(dǎo)， 得轉(zhuǎn)矩控制的基本方程式： (7) 2sin3 ()sin2 4 fps eps pd dp l tn ll l l 對(duì)于隱極式永磁同步電機(jī)，lq=ld，故(7)式可寫(xiě)為： (8) 3 sin 2 epsf d tn l 對(duì)于永磁同步電機(jī)，轉(zhuǎn)子磁鏈不變，當(dāng)定子磁鏈不變時(shí)，電機(jī)的 電磁轉(zhuǎn)矩只與轉(zhuǎn)矩 有關(guān)。由于定子磁鏈的狀態(tài)比轉(zhuǎn)子磁鏈的狀態(tài)容易改變，因 此可以通過(guò)控制定子磁鏈的狀態(tài)來(lái)改變轉(zhuǎn)矩角，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的控制。 3.2 永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 3.2.1 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩增量與定子矩增量與定子電壓電壓空

9、空間間矢量關(guān)系模型矢量關(guān)系模型 s與 軸的夾角為 s，則在 - 軸系中，定子的合成空間磁鏈?zhǔn)噶?s 以角速度 s旋轉(zhuǎn)，設(shè)逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎较?。為了獲得盡可能小的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，定 子的合成磁鏈空間矢量最好采圓形軌跡，參考磁鏈的幅值|3s|為常量，如圖 3-2 所示。 圖 3-2 轉(zhuǎn)矩增量與定子電壓空間矢量關(guān)系 3.2.2 定子磁定子磁鏈鏈控制控制 在永磁同步電機(jī)中施加零電壓矢量時(shí)，定子磁鏈停止轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)矩幾乎維持恒定。 利用這一特點(diǎn)，可以采用具有零電壓矢量的新型開(kāi)關(guān)表實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制，把零電 壓矢量看成保持當(dāng)前轉(zhuǎn)矩的作用，利用零電壓矢量來(lái)減小轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，以及減少逆 變器開(kāi)關(guān)次數(shù)和轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。開(kāi)關(guān)表中輸出

10、量與輸入量的關(guān)系見(jiàn)附表 1，其中 v(xxx)中 x=1 表示逆變器相應(yīng)相的上臂導(dǎo)通，0 表示下臂導(dǎo)通。16的分布見(jiàn)圖 3-3。 區(qū)域的劃分是以 - 坐標(biāo)系的 軸為基準(zhǔn)確定的，因此定子磁鏈的位置可用其 - 軸分量 、估算的定子旋轉(zhuǎn)磁鏈來(lái)確定。v1v6為逆變器輸出電壓的空 間電壓矢量,當(dāng)施加電壓矢量與 s夾角小于 /2 時(shí)，將使磁鏈幅值增加；當(dāng)大于 /2 時(shí),磁鏈幅值減小當(dāng)電壓矢量超前于 s時(shí)，轉(zhuǎn)矩增加；落后于 s時(shí)，轉(zhuǎn)矩減 小。 附表 1 逆變器開(kāi)關(guān)表 123456 11（001）2（001）3（001）4（001）5（001）6（001） 00（000）7（111）0（000）7（111）0

11、（000）7（111）0 -11（001）5（101）4（110）6（001）2（010）3（011） 16（001）2（010）3（011）1（001）5（101）4（110） 07（111）0（000）7（111）0（000）7（111）0（000）1 -15（101）4（110）6（001）2（010）3（011）1（001） 圖 3-3 空間電壓矢量和分區(qū) 用 、 分別表示電機(jī)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的給定值和實(shí)際值的誤差狀態(tài)，當(dāng)給定值 比實(shí)際值大時(shí)狀態(tài)為 1，否則狀態(tài)為 0，則由 、 的狀態(tài)以及磁鏈所處分區(qū)的位 置，便可按表 1 選擇開(kāi)關(guān)電壓矢量，并為了方便在 matlab/simulink 中實(shí)

12、現(xiàn)查表 的位置我們假設(shè)一個(gè)變量的到：（9）。21s 3.3 逆變器開(kāi)關(guān)時(shí)間控制模型逆變器開(kāi)關(guān)時(shí)間控制模型 如圖2所示，設(shè)定當(dāng)前采樣周期的定子磁鏈?zhǔn)噶繛?，下一采樣周期的定子磁sn 鏈?zhǔn)噶繛閟.n+1，所以給定轉(zhuǎn)矩和估計(jì)轉(zhuǎn)矩之間存在誤差。 將式(8)的定子磁鏈增量ds分解到-軸系的兩坐標(biāo)軸上, （10） sin()sin() sin()cos() sssssss sssssss du tu t du tu t 再利用clarke逆變換，將式(10)映射到定子三相坐標(biāo)系a、b、c軸系上，把定子 磁鏈增量分配到三相繞組，如：sd （11） sin() sin 3 sin 3 a b c s as bs

13、ssss cs s dt du tut dt 定子合成磁鏈?zhǔn)噶康脑隽吭诟飨嗬@組上的分量惟一地由參考電壓在該繞組上的 作用時(shí)間決定，參考電壓在各相繞組上的作用時(shí)間是定子合成磁鏈?zhǔn)噶靠臻g位置s 角的函數(shù)，如：s （12） sin() sin 3 sin 3 a b c ss ssss sss tt ttu tt 其中為定子合成磁鏈?zhǔn)噶肯鄬?duì)于a相繞組(軸)的空間角位移。一個(gè)周期內(nèi)s 定子參考電壓矢量的作用時(shí)間根據(jù)式(8)和(9)求得，即sust （13） ss s s sss d d td uuu 上式中，雖然ds和us都是空間矢量，但是二者方向相同，所以直接采用其幅 值進(jìn)行計(jì)算。|us|是參考電壓

14、空間矢量的幅值為直流母線電壓。 3.4 永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的系統(tǒng)永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的系統(tǒng) 永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 3-4 所示，是一個(gè)包含速度和轉(zhuǎn)矩 的雙閉環(huán)系統(tǒng)。主要包括電機(jī)轉(zhuǎn)速 pi 調(diào)節(jié)器、定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器、轉(zhuǎn)矩與磁鏈 滯環(huán)比較控制器、最佳開(kāi)關(guān)邏輯選擇表、逆變器等。以和分別作 為轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的給定值，te、s分別為利用 - 坐標(biāo)系的電壓和電流估算得 的轉(zhuǎn)矩和磁鏈實(shí)際值，在調(diào)速系統(tǒng)中可作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出，與實(shí)際轉(zhuǎn)矩比較后 經(jīng)轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器輸出轉(zhuǎn)矩增減信號(hào)。當(dāng)需要增大電磁轉(zhuǎn)矩時(shí)，轉(zhuǎn)矩控制器輸出 1，逆變器輸出電壓所形成的空間電壓矢量使 s向前轉(zhuǎn)動(dòng)，由于電機(jī)

15、的電磁時(shí)間常 數(shù)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)，使定子磁鏈轉(zhuǎn)速快于轉(zhuǎn)子磁鏈轉(zhuǎn)速，其結(jié)果是 增大，增 大了實(shí)際電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩控制器輸出 0 時(shí)，將減小實(shí)際轉(zhuǎn)矩。進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，轉(zhuǎn)矩給 定值與實(shí)際值之差落在轉(zhuǎn)矩控制器的滯環(huán)內(nèi)，轉(zhuǎn)速平均值也穩(wěn)定為同步轉(zhuǎn)速。為給 定的定子磁鏈，與實(shí)際定子磁鏈相比較后，經(jīng)磁鏈滯環(huán)控制器輸出磁鏈增減信號(hào)， 定子磁鏈保持在一個(gè)規(guī)定的范圍內(nèi)。這兩個(gè)控制器的輸出共同確定開(kāi)關(guān)表的輸出值， 控制逆變器的 pwm 波輸出。 在控制過(guò)程中，在每一個(gè)采樣周期開(kāi)始，非零導(dǎo)通時(shí)間所對(duì)應(yīng)的逆變器開(kāi)關(guān)同 時(shí)導(dǎo)通，向pmsm三相繞組供電，然后根據(jù)每相繞組的通電時(shí)間控制對(duì)應(yīng)功率開(kāi)關(guān) 截止。一個(gè)周期內(nèi)每個(gè)橋臂只有一個(gè)功

16、率開(kāi)關(guān)動(dòng)作一次，具有恒定的開(kāi)關(guān)頻率，實(shí) 際是一種恒頻脈寬調(diào)制方式。該控制算法徹底避免了傳統(tǒng)dtc控制以及svm控制策 略中磁鏈工作扇區(qū)的判別以及矢量合成等復(fù)雜的數(shù)據(jù)和邏輯計(jì)算，特別適合于數(shù)字 pwm控制器件，可以直接用于dsp、fpga等控制平臺(tái)。 圖 3-4 永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 4 系統(tǒng)仿真模型的組建系統(tǒng)仿真模型的組建 4.1 仿真系統(tǒng)仿真系統(tǒng) 本文主要是利用 matlab 軟件進(jìn)行仿真，matlab 的含義是矩陣實(shí)驗(yàn)室 （matrixlaboratory）。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu) 成了一個(gè)方便的、界面友好的用戶環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境下，對(duì)所要求求解的

17、問(wèn)題，用 戶只需要簡(jiǎn)單地列出數(shù)學(xué)表達(dá)式，其結(jié)果便以數(shù)值或圖形方式顯示出來(lái)。matlab 的 推出得到了各個(gè)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的廣泛關(guān)注，其強(qiáng)大的擴(kuò)展功能更為各個(gè)工程領(lǐng)域提 供了分析和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 matlab 包括被稱作工具箱（toolbox）的各類應(yīng)用問(wèn)題的求解工具。隨著 matlab 版本的不斷升級(jí)，其所含的工具箱的功能也越來(lái)越豐富，因此應(yīng)用范圍也越 來(lái)越廣泛，成為涉及數(shù)值分析的各類設(shè)計(jì)不可或缺的工具。 simulink 是基于 matlab 的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，可以用來(lái)對(duì)各種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、 分析和仿真，它的建模范圍廣泛，可以針對(duì)任何能用數(shù)學(xué)來(lái)描述的系統(tǒng)進(jìn)行建模， 例如航空航天動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)、衛(wèi)星控

18、制制導(dǎo)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、船舶及汽車等，其中包 括了連續(xù)、離散，條件執(zhí)行，事件驅(qū)動(dòng)，單速率、多速率和混雜系統(tǒng)等。simulink 提供了利用鼠標(biāo)拖放的方法來(lái)建立系統(tǒng)框圖模型的圖形界面，而且還提供了豐富的 功能塊以及不同的專業(yè)模塊集合，利用 simulink 幾乎可以做到不書(shū)寫(xiě)一行代碼即完 成整個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模工作。除此之外，simulink 還支持 stateflow，用來(lái)仿真事件 驅(qū)動(dòng)過(guò)程。 simulink 是從底層開(kāi)發(fā)的一個(gè)完整的仿真環(huán)境和圖形界面，是模塊化了的編程 工具，它把 matlab 的許多功能都設(shè)計(jì)成一個(gè)個(gè)直觀的功能模塊，把需要的功能模塊 用連線連起來(lái)就可以實(shí)現(xiàn)需要的仿真功能了。也

19、可以根據(jù)自己的需要設(shè)計(jì)自己的功 能模塊，simulink 功能強(qiáng)大，界面友好是一種很不錯(cuò)的仿真工具。 simulink 仿真具有以下的特點(diǎn)： （1）交互建模 simulink 提供了大量的功能塊，方便用戶快速地建立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，建模時(shí)只 需要使用鼠標(biāo)拖放庫(kù)中的功能塊，并將它們連接起來(lái)；用戶可以通過(guò)將塊組成子系 統(tǒng)建立多級(jí)模型；對(duì)塊和連接的數(shù)目沒(méi)有限制。 （2）交互仿真 simulink 框圖提供了交互性很強(qiáng)的非線性仿真環(huán)境。用戶可以通過(guò)下拉菜單執(zhí) 行仿真，或者用命令行進(jìn)行批處理。仿真結(jié)果可以在運(yùn)行的同時(shí)通過(guò)示波器或者圖 形窗口顯示。 （3）能夠擴(kuò)充和定制 simulink 的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)允許用戶

20、擴(kuò)充仿真環(huán)境的功能。 （4）與 matlab 和工具箱集成 由于 simulink 可以直接利用 matlab 的數(shù)學(xué)、圖形和編程功能，用戶可以直接 在 simulink 下完成諸如數(shù)據(jù)分析、過(guò)程自動(dòng)化、優(yōu)化參數(shù)等工作。工具箱提供的高 級(jí)設(shè)計(jì)和分析能力可以通過(guò) simulink 的屏蔽手段在仿真過(guò)程中執(zhí)行。 （5）專用模型庫(kù) simulink 的模型庫(kù)可以通過(guò)專用元件集進(jìn)一步擴(kuò)展。 在 matlab/simulink 中建立了如圖 4-1 的系統(tǒng)仿真模型。其中包括它包括 3/2 變換、磁鏈估算和轉(zhuǎn)矩估算等子系統(tǒng)。進(jìn)行磁鏈估算時(shí)，磁鏈初值不宜為 0，否則 仿真會(huì)出錯(cuò).因此在磁鏈估算子系統(tǒng)中，要給

21、積分模塊賦一個(gè)初值。 圖 4-1 基于 matlab/simulink 的 pmsm dtc 系統(tǒng)的仿真模型 區(qū)段判斷的實(shí)現(xiàn) 定子磁鏈?zhǔn)噶克诘膮^(qū)段我們可以根據(jù)磁鏈在 坐標(biāo)上的分量進(jìn)行判定， 由 的正負(fù)確定定子磁鏈?zhǔn)噶康南笙?，再?tan()決定定子磁鏈?zhǔn)噶康?具體位置，其實(shí)現(xiàn)模塊如圖 5 所示。其中的 matlab 函數(shù)模塊是用來(lái)調(diào)用 matlab 中求反正切的函數(shù)，開(kāi)關(guān)模塊是一個(gè) 2 選 1 的輸出，其輸出再經(jīng)過(guò)圖 4-2 到圖 4-4 子系統(tǒng)便可以得到區(qū)段結(jié)果。表 2 為磁鏈位置所對(duì)應(yīng)的區(qū)段值。 圖 4-2 角度計(jì)算 圖 4-3 磁鏈區(qū)段的確定 角度區(qū)段角度區(qū)段 -/2, -/66-/6

22、, /61 /6, /22/2,5 /63 5/6 ,7/64-/2,-/65 表 2 磁鏈區(qū)段和角度的關(guān)系 圖 4-4 轉(zhuǎn)矩和磁鏈誤差信號(hào) 4.2 其他模型的建立其他模型的建立 按照以上相類似的方法，我們對(duì)逆變器及其驅(qū)動(dòng)信號(hào)、坐標(biāo)的變換 u和 u 的獲取、電機(jī)磁鏈的估算和轉(zhuǎn)矩的估算等等。建立相應(yīng)的 simulink 模型其子模塊 如圖 4-5 到圖 4-8。 圖 4-5 逆變器及其驅(qū)動(dòng)信號(hào) 圖 4-6 靜止 abc 坐標(biāo)系到 坐標(biāo)系的變換 圖 4-7 定子磁鏈估算模型 圖 4-8 轉(zhuǎn)矩估算模型 5 仿真結(jié)果及其分析仿真結(jié)果及其分析 永磁同步電機(jī)的主要參數(shù)為：電阻 rs=1.652，電感 ld

23、=lq=8.5mh，永磁磁鏈 ，極對(duì)數(shù) p=4，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 j=0.0008kgm2。系統(tǒng)給定轉(zhuǎn)速0.175fb n=500r/min，零負(fù)載啟動(dòng)。在 t=0.5s 突加 4nm 的負(fù)載。仿真所得的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、 電流波形分別如圖 5-1 到圖 5-3。 在逆變器和 pmsm 子模塊間，接入電壓測(cè)量裝置以觀測(cè)的相間電壓，因?yàn)楫?dāng) simulink 模塊與 psb 模塊相連時(shí)，要求接入一個(gè)電氣測(cè)量模塊，否則仿真會(huì)出現(xiàn)錯(cuò) 誤。 圖 5-1 轉(zhuǎn)矩波形 圖 5-2 轉(zhuǎn)速波形 圖 5-3 電流波形 可以看出電機(jī)在通電以后，迅速到達(dá)最大轉(zhuǎn)矩，然后很快回到穩(wěn)定值，在 0.5s 時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩突變?yōu)?4nm，輸出轉(zhuǎn)矩

24、波形跟隨給定，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的瞬時(shí)力矩的 控制。轉(zhuǎn)速迅速達(dá)到給定值 500rad/s，在 0.5s 負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)速有微小的 震蕩后回到給定值；從電流波形可看出：三相電流按正弦規(guī)律變化，說(shuō)明電機(jī)的運(yùn) 行是正常的，在 0.5s 定子電流發(fā)生變化，可以看出此控制系統(tǒng)響應(yīng)快，穩(wěn)定性好， 抗干擾性能高，仿真波形與理論分析情況一致。 6 結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ) 與傳統(tǒng)的建模方法相比采用 matlab 的 pmsm 直接轉(zhuǎn)矩控制的建模方法可以 在 simulink 環(huán)境下建立系統(tǒng)的仿真模型并進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)，仿真結(jié)果表明：波形符合 理論分析，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，具有良好得靜、動(dòng)態(tài)性能。這為進(jìn)一步分析和設(shè)計(jì)永磁 同步電機(jī)

25、直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)提供了有效的手段和工具。 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 田淳，胡育文永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制理論及控制方案的研究電工技術(shù)學(xué)報(bào)， 2002（2）：811 2 王沫然simulink 4 建模及動(dòng)態(tài)仿真北京：電子工業(yè)出版社，2002 3 姜平cnc 系統(tǒng)中指數(shù)升降速控制曲線的算法微特電機(jī)，2003，31（5）：1617 4 范治田新型數(shù)字化可編程頻率合成器 dds現(xiàn)代電子技術(shù) 2003， （12）：2630 5 周俊峰，陳濤基于 fpga 的直接數(shù)字頻率合成器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)國(guó)外電子元器件， 2003， （1）：46 6 唐任遠(yuǎn)現(xiàn)代永磁電機(jī)理論與設(shè)計(jì)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997 7 王成元矢

26、量控制交流伺服取得電動(dòng)機(jī)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995 8 tiitinen p, surandra mthe next generation motor control method,dtc direct torque control. proceedings of the 1996 international conference on power electronics, drives and energy systems for industrial growth. ieee. part. 1new york, usa, 1996:3743 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明畢業(yè)

27、設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指 導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和 致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也 不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材 料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了 明確的說(shuō)明并表示了謝意。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說(shuō)明使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的 規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校

28、 有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服 務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以 贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位學(xué)位論論文原文原創(chuàng)創(chuàng)性聲明性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究 所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包 含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出 重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到 本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位學(xué)位論論文版文版權(quán)權(quán)使用授使用授權(quán)

29、書(shū)權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意 學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論 文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部 或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù) 制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名：日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 致 謝 時(shí)間飛逝，大學(xué)的學(xué)習(xí)生活很快就要過(guò)去，在這四年的學(xué)習(xí)生活中，收獲了很多，而這些 成績(jī)的取得是和一直關(guān)心幫助我的人分不開(kāi)的。 首先非常感謝學(xué)校開(kāi)設(shè)這個(gè)課題，為本人日后從事計(jì)算機(jī)方面的工作提供了經(jīng)驗(yàn)，奠定了 基礎(chǔ)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)大概持續(xù)了半年，現(xiàn)在終于到結(jié)尾了。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年學(xué)習(xí) 下來(lái)最好的檢驗(yàn)。經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析問(wèn)題的