交流永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的仿真研究

1、深圳大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告題 目交流永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的仿真研究學(xué)生姓名 學(xué)號專業(yè)自動化學(xué) 院機(jī)電學(xué)院指導(dǎo)教師本選題的意義及國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r：意義：（1）PMSM矢量控制系統(tǒng)是一種高性能的交流伺服系統(tǒng)。由于PMSM具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小，重量輕、效率高、過載能力大、轉(zhuǎn)動慣量小以及轉(zhuǎn)矩脈動小等優(yōu)點(diǎn)，并且利用矢量控制思想PMSM容易實(shí)現(xiàn)線性的轉(zhuǎn)矩電流特性，所以由PMSM 構(gòu)成的交流伺服系統(tǒng)能夠達(dá)到很好的控制性能。（2）我國是世界第一稀土大國，稀土的總儲量約占全球稀土資源的80。目前稀土永磁同步電機(jī)已經(jīng)在航空航天多種型號中得到成功的應(yīng)用，同時多種民用稀土永磁同步電機(jī)正在逐步走向規(guī)?；a(chǎn)

2、，所以對稀土永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的研究對國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的發(fā)展都具有非常重大的戰(zhàn)略價(jià)值。雖然將智能控制用于交流傳動系統(tǒng)的研究已取得了一些成果，但是有許多問題尚待解決，如智能控制器主要憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對系統(tǒng)性能(如穩(wěn)定性和魯棒性)缺少客觀的理論預(yù)見性，且設(shè)計(jì)一個系統(tǒng)需獲取大量數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)容易產(chǎn)生振蕩；另外，交流傳動智能控制系統(tǒng)非常復(fù)雜，它的實(shí)現(xiàn)依賴于DSP，F(xiàn)PGA 等電子控制器件的高速化。 發(fā)展?fàn)顩r： 1971年，由德國Blaschke等人首先提出了交流電動機(jī)的矢量控制（Transvector Contrl）理論，從理論上解決了交流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的高性能控制問題。其基本思想是在普通的三相交流電

3、動機(jī)上設(shè)法模擬直流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的規(guī)律，在磁場定向坐標(biāo)上，將電流矢量分解成產(chǎn)生磁通的勵磁電流分量 和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流分量 ，并使兩分量互相垂直，彼此獨(dú)立，然后分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣，交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制，從原理和特性上就與直流電動機(jī)相似了。因此，矢量控制的關(guān)鍵仍是對電流矢量的幅值和空間位置的控制。DNuanin等研制了一種永磁同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)，采用16位單片機(jī)8097作為控制器，實(shí)現(xiàn)高精度、高動態(tài)響應(yīng)的全數(shù)字控制。永磁同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制器大多采用比例積分(N)控制。N控制器具有結(jié)構(gòu)簡單、性能良好，對被控制對象參數(shù)變化不敏感等優(yōu)點(diǎn)。自適應(yīng)控制技術(shù)能夠改善控制對象和運(yùn)行條件發(fā)生變化

4、時控制系統(tǒng)的性能。與此同時，國外一些著名的公司，如日本的FANUC、安川、富士通、松下，美國的AB公司、科爾摩根公司，德國的西門子公司，法國的BBC公司、韓國三星公司等不斷推出交流伺服驅(qū)動產(chǎn)品。隨著DSP技術(shù)的飛速發(fā)展，永磁同步伺服系統(tǒng)的數(shù)字化正在快速地進(jìn)行著。天津大學(xué)、華中科技大學(xué)、沈陽工業(yè)大學(xué)等研究了單片機(jī)或DSP構(gòu)成的全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)，采用預(yù)測控制和空間矢量控制技術(shù)，改善電流控制性能和系統(tǒng)響應(yīng)精度，并開發(fā)了數(shù)字伺服系統(tǒng)。數(shù)字控制技術(shù)的應(yīng)用，不僅使系統(tǒng)獲得高精度、高可靠性，還為新型控制理論和方法的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。研究內(nèi)容：（1）學(xué)習(xí)永磁同步電機(jī)的基本原理。（2）掌握永磁同步電動機(jī)矢量控制

5、方法。（3）學(xué)習(xí)MATLAB軟件，進(jìn)行永磁同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)的仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行理論分析。研究方法、手段及步驟：1、研究方法就永磁同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)的一般原理、參數(shù)計(jì)算及其運(yùn)行特性的一些研究方法進(jìn)行討論，以明確永磁同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。分析永磁同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上建立起數(shù)學(xué)模型、確定永磁同步電機(jī)矢量控制策略，再完成永磁同步電動機(jī)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、最后進(jìn)行仿真試驗(yàn)。2、步驟和措施（1）準(zhǔn)備階段熟悉課題、收集資料和數(shù)據(jù)，了解所選課題的必備知識，要求和設(shè)計(jì)步驟，對設(shè)計(jì)課題進(jìn)行可行性分析并形成相應(yīng)的文檔。（2）設(shè)計(jì)階段首先分析永磁同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)，并在其結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上

6、建立起數(shù)學(xué)模型。永磁同步電動機(jī)有三種數(shù)學(xué)模型：在三相靜止坐標(biāo)系(UVW)的、兩相靜止坐標(biāo)系()的和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系()的數(shù)學(xué)模型，討論了其在三種坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)方程以及相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。然后討論永磁同步電機(jī)的基本控制策略，并在此基礎(chǔ)上確定了永磁同步電機(jī)的矢量控制策略，再討論空間矢量脈寬調(diào)制原理及其實(shí)現(xiàn)，最后完成了電流環(huán)Pl控制器和速度環(huán)PI控制器的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)各主要模塊的軟件程序的設(shè)計(jì)思路及其實(shí)現(xiàn)方法，包括位置和速度計(jì)算、數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的軟件實(shí)現(xiàn)、坐標(biāo)變換的軟件實(shí)現(xiàn)、電流的采樣與濾波等，最后仿真建立了一個電流、速度雙閉環(huán)的控制系統(tǒng)MATLAB仿真模型，分析永磁同步電機(jī)矢量控制策略能否實(shí)現(xiàn)。（3）課題研究、設(shè)

7、計(jì)及仿真 對課題進(jìn)行深入研究，綜合考慮。以提高利用率，改善性能指標(biāo)，促使智能化等優(yōu)化設(shè)計(jì)為目標(biāo)，結(jié)合實(shí)際，從各方面進(jìn)行合理改造。并進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)。參考文獻(xiàn)：（1）暨錦浩.永磁同步電動機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)綜述和展望J.2007.03（2）王興貴，孫宗宇，王言徐.基于模糊控制的永磁同步直線電機(jī)矢量控制系統(tǒng)研究J. 2010.05.（3）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，1997，234-270（4）胡虔生.電機(jī)學(xué).中國電力出版社 2006.（5）陶生桂，袁登科，毛明平. 永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2002，30 (8)：56-61（6）Idris N.R.N,Yatim A.H.M. Direct torque control of induction machines with constant switching frequency and reduced torqu