永磁同步電機雙閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)仿真實驗指導(dǎo)書

1、題目 1：永磁同步電機雙閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)仿真一 實驗?zāi)康?加深理解永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)的工作原理2掌握永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)仿真分析方法二實驗要求 ：1.永磁同步電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)建模2.電流控制器設(shè)計3.電流環(huán)動態(tài)跟隨性能仿真實驗4.轉(zhuǎn)速控制器設(shè)計5.轉(zhuǎn)速環(huán)抗負載擾動性能仿真實驗6.給出仿真實驗結(jié)果與理論分析結(jié)果的對比及結(jié)論三預(yù)習(xí)內(nèi)容注：以下所有找不到的器件均可以通過搜索框搜索simulink 的啟動在 matlab中鍵入 simulink，進入 simulink library，2014版本的可直接點擊matlab界面上的 simulink library，在 simulink 界面上選

2、擇file-new-model。如圖 1 所示：圖 1 simulink 界面在 simulink 一級標題下點擊 source將 step(階躍函數(shù) )拖入空白文件作為轉(zhuǎn)速給定，也可用兩個ramp 函數(shù)相減，使轉(zhuǎn)速緩慢達到預(yù)定轉(zhuǎn)速，如圖2：圖 2 轉(zhuǎn)速給定在 simulink一級標題下點擊 ports & subsystems 選擇 subsystem放入空白文件并雙擊，刪除 in1 和 out1 的連線，如圖 3：圖 3 子函數(shù)模塊選擇simulinkcontinuous 下 的 integrator 、 simulinkdiscontinuous 下 的saturation、si

3、mulinkmath operation 下的 gain和 add，連好線后保存并返回，作為 pi調(diào)節(jié)器，其中 saturation 可設(shè)置上下限為 100 和-100，如圖 4：圖 4 pi 子函數(shù)模塊設(shè)置此 pi調(diào)節(jié)器輸出結(jié)果作為iq 的電流給定，同樣方法得到一個pi調(diào)節(jié)器，輸出結(jié)果作為電壓給定，并設(shè)置saturation 上下限為 380 和-380，simulink 下 math operation 選擇 sum雙擊并修改第二個“ +”為“ -” ，如圖 5：圖 5 轉(zhuǎn)速和電流反饋pi調(diào)節(jié)選擇 simulinkports & subsystems 下的 subsystem 拖入

4、并雙擊進入子系統(tǒng)，并添加 2 個 in1 和 1 個 out1 如圖 6：圖 6 接口模塊simulinkmath operation 下選擇 trigonometric function、product、subtract、add 加入文件，設(shè)置好后保存并退出，作為逆park變換，如圖 7：圖 7 反 park 變換再生成一個 pi調(diào)節(jié)器， 作為 d 軸電流調(diào)節(jié)器，simulinksource中選擇 constant并設(shè)置為 0，如圖 8：圖 8 靜止坐標系電壓生svpwm 模塊建立過程過于復(fù)雜，可參考文獻12，只列出總體框圖如圖9 和圖10，其中 ts為開關(guān)周期， udc 為直流母線電壓。圖

5、 9 svpwm生成結(jié)構(gòu)圖 10 svpwm生成模塊三相橋模塊：早期版本matlab選擇 simpowersystemsspecialized technologypower electronics 文件下的 universal bridge （attention ：這一步不在 simulink一級標題下，往下尋找 ）, 2014 版本在 simscape simpowersystems technologypower electronics, 找不到可以在搜索框中輸入對應(yīng)器件名稱搜索。直流母線電壓源： simpowersystemsspecialized technologyelectric

6、al sources 選擇 dc voltage source ，電壓設(shè)置為 530v，如圖 11：圖 11 三相橋模塊添加 pm 電機模塊：simpowersystemsspecialized technologymachines 選擇permanent magnet synchronous motor, 在添加 step信號作為轉(zhuǎn)矩輸入，暫時設(shè)置為 0，如圖 12：圖 12 pmsm 電機模塊設(shè)置選擇 simulinksignal routing下的 bus selector ，pmsm上的 m 連接到 bus selector 上的輸入端，雙擊bus selector, 選擇 signa

7、ls in the bus下的項，點擊中間的 select，可以全部添加。如圖13：圖 13 輸出參數(shù)設(shè)置選擇 simulinksignal routing下的 mux, 雙擊將數(shù)字改為 3，將 bus selector輸出端的 a bc相電流連接到 mux 的輸入端，如圖，并選擇simulinksink添加示波器 scope觀測電流 , 如果需要查看波形的fft ， 雙擊 scopeparametershistory, 去掉 limit data point to last 并勾選 save data to workspace如圖 14: 圖 14 電流解耦clark變換： simulink

8、ports & subsystems 選擇 subsystem ，雙擊進入添加mux 和 demux，user-defined functions 選擇 fcn, 其中 iabc 為三相電流，設(shè)置如圖 15：圖 15 clark 變換參數(shù)設(shè)置park變換：clark變換的輸出 ia、ib 和電機的 theta 角作為 park 變換的輸入，需要添加 mux 模塊，其中 function 設(shè)置如圖 16 所示：圖 16 park 變換參數(shù)設(shè)置雙擊點擊模型 ,點擊 parameter 選項,根據(jù)設(shè)置的電機極對數(shù)選擇對電機轉(zhuǎn)子輸出的機械角度乘以極對數(shù)得到電角度,如圖 17紅色圈所示 .電機為

9、感性負載,clark電流變換的角度有90相位差 ,所以需要減去 90 度. simscapesimpowersystemspecialized technology選擇 powergui 添加到仿真圖中，最終仿真圖如圖17 所示：圖 17 總體框圖仿真參數(shù)設(shè)置 simulationmodel configuration parameters，仿真步長可以設(shè)置為定步長或者變步長，定步長，此處設(shè)置為開關(guān)周期的一百分之一即1/600000，變步長可以設(shè)置最大步長為開關(guān)周期的百分之一，在不同步長情況下查看仿真結(jié)果: 圖 18 仿真參數(shù)設(shè)置如果仿真過程中出現(xiàn)data logging exceeded a

10、vailable memory，可以在示波器 parameters 中的參數(shù)，limit to last 選項后的勾去掉，或者修改圖18中仿真步長。若要添加轉(zhuǎn)矩反饋，可以添加在電流反饋環(huán)之前。調(diào)整轉(zhuǎn)速pi參數(shù)看看結(jié)果變化。以上得到了最簡易的電路圖,反饋的轉(zhuǎn)速單位為rad/s，給定轉(zhuǎn)速單位若為r/min ，需要在反饋的轉(zhuǎn)速乘以30/pi 。線電壓顯示：simpower 下面找到voltage measurement 添加三個到電路圖，+端連接三相橋的 a 相， “-”連接三相橋的b 相，其余兩個分別連接b-c，c-a。相電壓顯示： 將三相橋的直流電壓給定分為兩個，中間接地ground， a b c相通過 voltage measurement 與 ground 相減連接示波器即可，如圖19：圖 19 實驗電路全