永磁同步电机矢量控制系统的建模与仿真

基金项目:航空青年基金资助项目(S9918-303)作者简介:王　莉(1969-),女,河南省南阳市人,讲师收稿日期:2001-04-

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文章编号:1000-5080(2001)04-0051-04

永磁同步电机矢量控制系统的建模与仿真

王　莉,刘　佳,严仰光

(南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016)

摘要:根据内永磁同步电机的数学模型及矢量控制方法,在M AT LAB ΠSI M U LI NK 环境中对电机及其控制系统的各部分进行精确建模和仿真。为使仿真系统更接近于实际系统,其中根据电压型逆变器驱动信号及功率管的实际开关状态对其进行建模。仿真的结果表明所建立的模型是正确的,控制方法是可行的,为该同步电机控制系统的硬件参数设计提供了良好的理论依据。关键词:同步电动机;矢量控制;建立模型;仿真中图分类号:T M921.5　　　　　　　　文献标识码:A

0　前言

计算机仿真技术能有效地验证控制系统的设计思想,特别是在采用电力半导体器件对电机进行交

流调速的分析研究中,计算机仿真技术已成为重要研究手段。

M AT LAB ΠSI M U LI NK 是一种优秀的系统仿真工具软件,它具有模块化、可封装、可重载、面向结构图

编程以及高度可视化等特点,可大大提高系统仿真的效率和可靠性。矢量控制系统具有可连续控制、调速范围宽等优点,且在简化矢量变换控制系统方面已获满意的结果,为此矢量变换控制系统仍为现代交

流调速的重要方向之一。目前,国内外在异步电机的建模与控制已基本成熟[1～3

]

,而对永磁同步电机的控制和建模则有大量的工作需要做。本文运用M AT LAB ΠSI M U LI NK 建立内永磁同步电机矢量控制系统仿真模型,并进行了控制仿真研究,为进一步的实际研究奠定理论基础。

1　内永磁同步电机伺服系统控制方法及数学模型

电机调速系统的动态性能取决于能否直接控制电机的瞬时力矩[4]

,本文所采用的磁场定向的矢量控制方法正是实现对电机输出力矩的瞬时控制。内永磁同步电机的电磁转矩基本上取决于交流电流和直流电流,对力矩的控制最终可归结为对两种电流的控制。本文采用i d =0的电流控制方法,该方法控制简单,无去磁效应,输出力矩与输入电流成正比。为实现电机磁场定向的矢量变换控制,采用电流控制电压型逆变器对电机定子电流矢量幅值和方向进行控制,从而获得高精度的力矩控制性能。图1为本文所研究的内永磁同步电机矢量控制系统的结构框图,其中包括内永磁同步电机、电流控制逆变器、

矢量变换、转速控制器、转速测量等。矢量控制系统中的内永磁同步电机的数学模型[5]

为:u d =Ri d +P Ψd -ωe Ψq

u q =Ri q +P Ψq +ωe Ψd

T e =P [Ψa i q +(L d -L q )i d i q

T e =T L +B ωr +J P ωr ωe =P ωr

(1)

式中　u d ,u q 为直流电压、交流电压;

　Ψd ,Ψq 为直流磁链、交流磁链;i d ,i q 为直流电流、交流电流;L d ,L q 为直流电感、交流电感;T e 为电机输出力矩;T L 为负载力矩;P 为电机极对数;ωe ,ωr 为电角速度,机械角速度;B 为与转速成正比的摩擦

　　第22卷第4期洛　阳　工　学　院　学　报

V ol.22N o.42001年　12月Journal of Luoyang Institute of T echnology Dec.2001