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1、精品名师归纳总结基于 MATLABSIMULINK永磁同步电动机变结构调速系统的建模与仿真上海交通高校（上海市， 200030） 王微子周顺荣可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结摘要 争论如何利用变结构把握理论设计永磁同步电动机的调速把握系统，这种把握系统基于同步电动机的转子磁链定向把握理论。论文中仍对该系统进行数学建模，并通过MATLAB SIMULINK进行了仿真试验。关键词永磁电机调速系统仿真1 引言永磁同步电动机转子旋转时转子磁场在定子绕组中产生正弦波形的反电势， 接受这种电机的调速系统一般称之为正弦型永磁同步电动机（PMS）M 调速系统。 PMSM多接受变频器供电，并引入
2、矢量把握理论对电机实行磁场定向把握，大大改善了电机的调速性能和运行特性。本文详细论述了如何使用变结构把握理论来设计PMSM的调速系统。文中接受特定方法不断转变把握系统的结构参数， 并设计系统的把握率， 从而使电机的起动、运行、调速和制动达到预期的成效， 并且系统对模型参数和外部干扰具有很好的适应性，鲁棒性很好。论文最终仍利用MATLAB软件供应的仿真工具 SIMULINK对 PMSM的变结构把握系统进行了牢靠的仿真试验。2 PMSM调速系统的数学模型s接受转子磁链定向的矢量把握（即i d 0）方法对 PMSM调速时，要求电机s定子三相电流合成的空间综合矢量i应当位于 q 轴上，此时定子电流全部
3、用来sr产生转矩。如令 I i ，KTpm ，就电磁转矩方程为这种把握方式最为简洁，只须精确检测出转子空间位置（d 轴），通过把握逆变器输出访三相定子电流的合成矢量位于q 轴上即可。设电机转子的初始位置恰好为 d 轴与 A 轴重合处，转子旋转后 d 轴与 A 轴夹角为转子瞬时角速度。就当定子三相电流中意以下关系时，其合成矢量i s 必与 q 轴重合可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结转矩把握是电机调速的关键，拖动把握系统的基本运动方程为就可推出 PMSM转子磁链定向把握系统矩阵形式的状态方程如下3 变结构把握理论在电机调速把握中的应用设输入 R（t ）为一理想的参考指令，表示电机起
4、动、稳固运行或制动时的性能要求，期望输出 Y（t ）能很好的跟踪指令 R（t ）变化，设跟踪误差向量为E（t ），就可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结因此由式（ 8）算出的 S（t ）符号可知符号，结合式（）即可得出把握变量 I 的取值范畴。为排除系统惯性带来的抖动问题。 下面我们将引入趋进律把握的概念， 这里接受的是指数趋进律，其详细形式如下s可见，当 PMSM的三相定子电流的合成矢量 i与 q 轴重合且依据式（ 10）中 I 的规律变化时，即可使电机运行达到指令R（t ）设置的预期成效。此外，求把握量 I 时，所需的负载转矩值可通过下式进行在线估算只要对电流的检测频率较高，且
5、准时用估量出的负载转矩去转变把握电流的值， 就在转子惯性作用下系统亦能保证转速和位置很好的跟踪指令变化。即可保证由式（ 11）估量出的转矩能够算出误差较小的把握量I ，而该误差对整个把握系统不会带来影响或者说影响很小。完全由转速来确定，因此在调速系统中只要指令n给定即可。同理，在位置伺服把握系统中给出位置角指令亦可推出转速的变化规律。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（ N0N1）为调速前速度， N0 为调速后速度。如 N0 0，就对应制动情形。因此，只要给定起动时间、 稳固运行时间和速度、 调速后速度以及制动时间， 就可得出电机整个运行中各个阶段的速度指令r 1 （t ），再结
6、合变结构把握理论可得出把握电流的值，即可实现电机在各种特定响应条件下的起动、运行、调速和制动。 当然，亦可使电机速度按其他预期的方式变化，如直线、抛物线等，这些在变结 构把握中都可很便利的通过设置速度指令来实现。4 系统仿真如给定参考指令 R（ t ），就结合 PMSM在磁链矢量定向把握时的状态方程 （ 7）、式（10）所示的把握量和式（ 2）所示的坐标变换公式， 就可用 MATLABSIMULINK进行仿真。图 1 和图 2 为 PMSM在恒定转矩下起动、额定运行和制动时的转速、位置和电流的仿真结果。图 3 和图 4 为 PMSM在有转矩波动情形下起动、额定运行和制动时的转速、 位置和电流的
7、仿真结果。 图 5 为恒转矩负载时电机起动和转速调剂的仿真结果。 这五种情形的起动过渡时间常数均为 105s，而制动或调速过渡时间常数均为2 1s。图 6 为起动过渡时间常数为1s、制动过渡时间常数为 05s 时的调速仿真结果。图中带“”的量表示给定的指令曲线，n 为转速（单位： r min）， Sita 为位置角（单位：弧度）， I q 为 q 轴电流值， I a、 I b、I c 分别为定子三相电流 （为图示便利， 全部电流值都放大了 10 倍，单位 A）， TL 代表转矩（单位： Nm）。以上均设 01、k10，由图可见跟踪误差较小。再减小 或增大 k，跟踪误差就更小。5 结果分析仿真时
8、设置的稳固运行速度为 100r min，这可使定子电流周期较大（实际中可任意），给论文中的图表显示带来便利。上面全部仿真都是 01、k 10 时的结果，从图中可看出此时的跟踪误差不是很大。假如连续减小 或增大k 就跟踪误差会更小。因把握指令R（t ）中含指数，会涉及到很多的浮点运算， 宜接受 DSP来设计把握系统， 且 DSP运行速度极快， 能精确的检测出各瞬时的电流值，这样用式（ 11）估量出的转矩误差才会很小，可从整体上提高整个调速系统的性能。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结比较图 2 和图 5 可知，过渡时间常数越小， 速度
9、响应越快， 但所需电流就越大。系统要求电流能够快速响应， 而在仿真时忽视了电感对电流的影响， 但假如接受运算速度极快的 DSP来把握电流变化， 就这种近似不会带来很大的误差。 由图 3 和图 4 可知，有转矩波动时转速仍能很好的跟踪指令值变化而不受到明显干扰，即系统鲁棒性很好， 这在变负载运行的调速系统中有很大的有用价值。使用前面所述的速度指令进行调速把握不但便利易行，而且速度变化平滑。 同时只要可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结采集到的电流和速度信号精确，即使电机模型中使用的参数不太精确 数量级和实际值相当 ，整个把握系统仍可通过自适应修改把握电流的值而实现良好的调速成效。在转子磁链定向把握的永磁同步电机调速系统中， 引入变结构把握理论， 可大大改善系统的调速性能。 这种系统应用灵敏， 无论是软件编程仍是硬件结构都比较简洁，且系统鲁棒性很好，在以后的调速中将会得到充分的应用。参考文献1 高为柄. 变结构把握理论 . 中国科学技术出版社， 1990.2 符曦. 高磁场永磁式电动机及其驱动系统 . 机械工业出版社， 1997.3 王鹰等. 永磁无刷直流电机位置伺服系统的变结构把握. 微特电机， 19981.7 / 7可编辑资料 - - - 欢迎下载