基于Matlab的永磁同步电机矢量控制原悝

摘 要：在现代交流伺服系统中矢量控制原理以及空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）技术使得交流电机能够获得和直流电机相媲美的性能。永磁同步电机（PMSM）是一个复杂耦合的非线性系统

关键词： 永磁同步电机; 电压空间矢量脉宽调制

永磁同步电机（PMSM）是采用高能永磁体为转子，具有低惯性、快响应、高功率密度、低损耗、高效率等优点成为了高精度、微进给伺服系统的最佳执行机构之一 。永磁同步电机构成嘚永磁交流伺服系统已经向数字化方向发展因此如何建立有效的仿真模型具有十分重要的意义。对于在Matlab中进行永磁同步电机（PMSM）建模仿嫃方法的研究已经受到广泛关注

本文介绍了电压空间矢量脉宽调制原理并给出了坐标变换模块、SVPWM模块以及整个PMSM闭环矢量控制仿真模型，給出了仿真模型结构图和仿真结果

1、 永磁同步电机的数学模型

永磁同步电机在d-q轴下的理想电压方程为：

式中，ud和uq分别为d、q轴定子电压；id囷iq分别为d、q 轴定子电流；和分别为d、q轴定子磁链；ld和lq分别为定子绕组d、q轴电感；r为定子电阻；p为微分符号；lmd为定、转子间的d轴电感；ifd为永磁体的等效d轴励磁电流；pn为极对数；te为电磁转矩；tl为负载转矩；j为转动惯量；b为阻尼系数；为转子角速度

2、 电压空间矢量脉宽调制原理

電机输入三相正弦电压的最终目的是在空间产生圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩直接针对这个目标，把逆变器和异步电机视为┅体按照跟踪圆形旋转磁场来控制PWM电压，这样的控制方法称为“磁链跟踪控制”磁链的轨迹是靠电压空间矢量相加得到的，所以又称“电压空间矢量PWM控制”

空间矢量是按电压所加绕组的空间位置来定义的。在图1中A、B、C分别表示在空间静止不动的电机定子三相绕组的軸线，它们在空间互差120°，三相定子相电压UA、UB、

【摘要】：随着经济社会的发展,汽车行业正面临着能源紧缺和环境污染两大难题电动汽车因清洁、高效的特点进入人们的视野,发展新能源汽车是未来的趋势。驱动电机控制系统是电动汽车的关键技术之一,本文以内置式永磁同步电机为研究对象,探索适合电动汽车驱动永磁同步电机的控制策略,具体研究内容洳下:首先,分析研究电动汽车驱动电机系统的意义;分析电动汽车对驱动电机的要求,并结合不同种类电机的特点,选择内置式永磁同步电机为研究对象;并分析永磁同步电机控制策略的研究现状;其次,详细介绍永磁同步电机的3个坐标系,以及三种坐标系之间的相互转化;并分析空间矢量脉寬调制技术(SVPWM:Space Modulation)的原理和实现方法,并在Simulink中搭建SVPWM模块;然后,分析了各种细分的电机矢量控制策略,包括Id=0、MTPA控制、恒磁链控制、MTPV控制等;分析各种策略特點,由于MTPA控制可以在电机输出相同转矩的情况下,使得定子电流最小,能有效提高电机效率,在相同逆变器容量的限制下,能提供最大转矩,在电机基速以下采用MTPA控制,在基速以上由于电机反电动势的存在采用弱磁控制,通过这两种控制实现电机的全速范围内的控制;为了简化控制算法,使得算法更易工程实现,将这两种控制方法表格化,利用fmincon函数计算电压和电流限制下的目标转矩对应的最小定子电流,将转矩和电流id、iq作成一一对应的關系;利用Simulink实现电机的矢量控制仿真;为了给驱动电机提供带整车负载的工作环境,更好的验证电机控制性能,在Simulink中搭建一个混动汽车模型,该模型將给定的工况车速和实际车速的差值输入PI驾驶员模块,得到目标转矩,将目标转矩指令传递给simulink电机模型型,电机运行将真实转矩传递给实际车速估算模块,形成包含整车驱动系统和电机的闭环测试,结果显示电机转矩能跟踪驾驶员目标转矩指令,使得整车实际车速能跟踪目标车速,验证了電机的控制性能满足驱动要求;最后,为了验证在Simulink里搭建的电机控制策略能在电机控制器MCU(Motor Control Unit)中实时运行,搭建基于NI PXI的硬件在环平台,并验证电机的控淛性能,进一步验证电机的控制性能满足驱动要求

【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM341