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永磁同步电机的SVPWM仿真毕业设计
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MPPT和SVPWM没有任何关系啊~~
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基于SVPWM的永磁同步电机闭环控制伺服系统的研究与实现
　　摘要：本文介绍了永磁同步电机的数学模型以及空间矢量脉宽调制技术的原理，并详细阐述了SVPWM算法，，最后在MATLAB/Simulink环境下搭建了基于SVPWM的永磁同步电机控制系统的仿真模型，实验结果表明该系统具有良好的动态性能。 中国论文网 /8/view-7240652.htm　　关键词：永磁同步电机（PMSM）；空间矢量脉宽调制（SVPWM）；Simulink 　　中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：（3-03 　　Experiment Research on Permanent Magnet Synchronous Motor Closed-Loop System with SVPWM 　　XIONG Wei-jie1，HU Yi-jing1， DENG Jing-lei2 　　（1.Wuhan Textile University，Wuhan 430200， China； 2.Xiantao Vocational College，Xiantao 433000，China） 　　Abstract：This paper makes an introduction on the mathematical model of permanent magnet synchronous motor and the principle of space vector pulse width modulation and its arithmetic are presented in detail. Then the simulation model of PMSM control system based on SVPWM is built in MATLAB/Simulink， and it proves that the system is of good performance both in steady and dynamic state. 　　Key words：PMSM； SVPWM； simulink 　　永磁同步电机具有转动惯量小、响应速度快、效率高等特点，因而在高性能要求的伺服控制系统中得到广泛应用。 　　对PMSM的控制一般采用矢量控制策略，为了进一步提高系统控制性能，提出了电压空间矢量思想，即空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）。其调制原则是以三相对称正弦波电压供电时交流电机的理想磁通圆为基准，用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近理想磁通，并由比较结果来确定逆变器的开关状态，形成PWM波。这种控制方法具有谐波含量少、开关损耗低、直流电压利用率高等优点。 　　1永磁同步电机数学模型及控制策略 　　1.1坐标变换 　　各物理量由三相静止坐标系ABC转换到两相静止坐标系[αβ]之间的变换，称为Clarke变换，简称3s/2s变换；再由两相静止坐标系[αβ]转换到两相旋转坐标系[dq]之间的变换，称为Park变换，简称2s/2r变换。变换矩阵如下： 　　[C3s/2s=231-12-12032-32]；[C2s/2r=cosφsinφ-sinφcosφ] 1.2永磁同步电机（PMSM）数学模型 　　三相永磁同步电动机的多变量模型由电压方程、磁链方程、电磁转矩方程和机械运动方程组成，分别如下： 　　[ud=Rsid+dψd/dt-ωψquq=Rsiq+dψq/dt-ωψd] 　　[ψdψq=Ld00Lqidiq+ψr10] 　　[Te=Pnψriq+PnLd-Lqidiq] 　　[Te-Tl=Jdωr/dt+RΩωr=J/Pn?dω/dt+ω/Pn?dJ/dt+Bω] 　　其中：[ud]、[uq]为[dq]轴的定子电压；[id]、[iq]为[dq]轴的定子电流；[Rs]为定子电阻；[ψd]、[ψq]为[dq]轴的定子磁链；[Ld]、[Lq]为[dq]轴的定子绕组电感；[ψr]为转子磁链；[Te]为电磁转矩；[Pn]为电动机磁极对数；[Tl]为负载转矩；[J]为系统的转动惯量；[ωr]为机械角速度（[ωr=ω/Pn]）；[RΩ]为阻尼系数；[B]为转子粘滞摩擦系数；[ω]为转子角速度； 　　1.3 PMSM矢量控制策略 　　针对不同的应用条件，矢量控制可分为定子磁链定向控制、转子磁链定向控制以及气隙磁链控制等方式，PMSM一般采用转子磁链定向控制。针对于不同控制对象，电流矢量控制方法可分为[id=0]控制、最大电磁转矩/电流比控制和最大输出功率控制等。其中，[id=0]控制方法简单且易于实现，只需准确检测出转子[d]轴的空间位置，然后控制逆变器使三相定子合成的电流矢量位于[q]轴即可，故本文采用此种控制方法。 　　[id=0]矢量控制实现方法一般有电流滞环控制和转速电流双闭环控制。控制系统原理如图1所示。 　　 　　图1 PMSM调速系统原理图 　　2空间矢量脉宽调制（SVPWM）原理及实现 　　2.1 SVPWM原理 　　空间电压矢量SVPWM以三相对称电压供电时，产生的理想电压矢量圆轨迹为基准。开关电路产生的开关状态，由有效开关状态与无效开关状态在单位时间内的合成矢量跟踪电压矢量圆运动轨迹。 　　定义三相对称电压分别为UA（t）、UB（t）、UC（t），令Um为相电压有效值，f为电源频率，则得出三相相电压方程如式： 　　[UA（t）=2Umcos（2πft）UB（t）=2Umcos（2πft-2π/3）UC（t）=2Umcos（2πft-4π/3）]
　　则三相合成矢量为： 　　[U（t）=UA（t）+UB（t）ej2π/3+UC（t）ej4π/3=3/2Umejωt=Usejωt] 　　二电平SVPWM以三相全桥的六个开关器件组成的8种开关状态为基准，逆变器的六个有效开关状态投影成三相静止坐标系下的六个固定电压矢量。单位时间内由扇区内两个相邻的有效电压矢量与零电压矢量组合，跟踪理想矢量圆的运动轨迹。三相全桥的原理图如图2所示。其中Z为电感阻抗，O点为参考点。 　　 　　图2 三相全桥原理图 　　根据三相全桥原理图，我们提到过6个开关分成3相，再加上SVPWM的导通原理在任意时刻每一相只有一个开关导通，所以共有8种情况。假设上桥臂的开关导通为1，断开为0，例如当第一相为1的时候表示的是上桥臂导通下桥臂断开。由此可用二进制的“000-111”的八种情况表示每一相的导通与关断情况。为简化有效开关状态的分析方式，从而更容易确定当前合成参考矢量所在的位置。通常的做法是选择两相静止坐标系。常见的处理方式如下式所示： 　　[VsαVsβ=231-1/2-1/VANVBNVCN] 2.2SVPWM算法 　　2.2.1电压空间矢量[Vref]所在扇区的判定 　　由输入计算当前的参考矢量[Vref]，并确定当前矢量的扇区。在单位时间T内，逆变器由静止坐标系下的两个有效电平矢量合成参考电压矢量的大小与方向。 　　下面以第一扇区为例，即[Vref]位于00-600区间内，则有 　　[Vα>0Vβ>0Vα>Vrefcos60?Vβ<Vrefsin60?] [?VβVα<Vrefcos30?Vα0]； 　　综上可得[Vref]位于第一扇区的条件： 　　[Vα>0Vβ>03Vα-Vβ>0?Vβ>03Vα-Vβ>0] 　　同理分析可知其他几个扇区的判断条件均由[Vβ]，[3Vα-Vβ]，[3Vα+Vβ]决定。因此扇区的确定，只需要判断实际变量[Vβ]，[3Vα-Vβ]，[3Vα+Vβ]的符号即可。设逻辑变量A、B、C分别表征实际变量[Vβ]，[3Vα-Vβ]，[3Vα+Vβ]的符号，实际变量非负，逻辑变量取1；实际变量为负，逻辑变量取0。令N=A+2B+4C，则扇区号与N的对应关系如下表1所示。 　　表1 扇区号与N关 　　[N 3 1 5 4 6 2＼&扇区号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ＼&] 　　2.2.2相邻非零矢量及零矢量作用时间 　　以第一扇区为例。由图3可知[Vref]由[u1]和[u2]合成，[θ]为[Vref]与扇区起始变的夹角，在一个开关周期[T0]中，[u1]作用时间为[t1]，[u2]作用时间为[t2]，则有： 　　[Vref=t1T0u1+t2T0u2=t1T023Ud+t2T023Udejπ3] [?t1=2T0Ud（32Vα-12Vβ）t2=2T0UdVβ] 　　零矢量作用的时间[t0]为：[t0=T0-t1-t2]
　　图3 第Ⅰ扇区期望输出矢量 　　依此类推可求出6个扇区对应的非零矢量导通时间，若令[X=2T0Vβ/Ud]、[Y=2T0/Ud3Vα/2+Vβ/2]、[Z=2T0/UdVβ-3Vα/2]，那么第Ⅰ扇区的作用时间可表示为[t1=-Z]，[t2=X]；同理其他扇区对应的作用时间也可用[X]、[Y]、[Z]表示，如下表2所示。 　　表2 矢量导通时间与扇区关系 　　[扇区号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ＼&t1 -Z Y X Z -Y -X＼&t2 X Z -Y -X -Z Y＼&] 　　2.2.3开关顺序及切换时间 　　以减少开关次数为目标，将基本矢量作用顺序的分配原则选定为：在每次开关状态转换时，只改变其中一相的开关状态。令： 　　[Ta=（T-t1-t2）/4Tb=Ta+t1/2Tc=Tb+t2/2] 则不同扇区对应的晶体管切换时间可表示如下表3。 　　表3 6个扇区对应的切换时间 　　[扇区号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ＼&[taon] [Tb] [Ta] [Ta] [Tc] [Tc] [Tb]＼&[tbon] [Ta] [Tc] [Tb] [Tb] [Ta] [Tc]＼&[tcon] [Tc] [Tb] [Tc] [Ta] [Tb] [Ta]＼&] 　　3基于SVPWM的PMSM控制系统仿真实现 　　基于上述原理及算法，在MATLAB/Simulink中建立仿真模块，SVPWM模块如下图4所示， 　　 　　图4 SVPWM仿真模块图 　　4仿真结果 　　根据上述原理及算法分析，在MATLAB/Simulink中建立基于SVPWM的永磁同步电机双闭环控制系统仿真模型，PMSM参数设定为：定子绕组R=2.875Ω，Ld=Lq=0.835mH，J=0.000825kg/?O，极对数为4，电机给定转速为400r/min，PWM采样周期为0.0002s，初始负载转矩为2N.m，0.25秒时加到8N.m，得到仿真图如下所示。 　　 　　图5 矢量切换时间波形 　　 　　图6 三相定子电流波形 　　 　　图7 电机转速图 　　 　　图8 电机电磁转矩图 　　由仿真波形可以看出，利用SVPWM技术控制永磁同步电机逆变器的输出电压时，电机响应快、运行精度高，该控制模型的仿真结果符合理论分析，验证了方案的可行性与合理性。 　　参考文献： 　　[1] 谢玉春. 交流永磁同步电机伺服系统控制策略研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011. 　　[2] 杨贵杰. 空间矢量脉宽调制方法的研究[J].中国电机工程学报，）：79-83. 　　[3] 周卫平，吴正国，唐劲松. SVPWM的等效算法及SVPWM与SPWM的本质联系[J].中国电机工程学报，2006（2）. 　　[4] 王桂荣，李太峰. 基于SVPWM的PMSM矢量控制系统的建模与仿真 [J].大电机技术，2012（2）.
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永磁同步电机 SVPWM控制及仿真论文.doc 46页
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永磁同步电机 SVPWM控制及仿真毕业论文
第一章 绪论
1.1本课题的研究意义及目的
1.1.1本课题的研究意义
永磁同步电机（permanent?magnet?synchronous?motor）是指采用永磁磁
铁为转子的同步电动机。永磁同步电机具有结构简单，体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率因数高等优点，在工农业生产中，有大量的生产机械要求连续的以大致不变的速度运行，例如风机、泵、压缩机、普通车床等。这类机械设备大量采用普通三相感应电动机驱动，但感应电动机的效率和功率因数较低，能源浪费厉害。随着社会对节能的重视和国家对高效电机和永磁电机的推广力度的加大，这些节能潜力大的设备都有被永磁电机和普通高效电机代替的需求。而这些机械采用永磁电机则可获得比普通电机高得多的效率和功率因数。
在某些场合，负载率低，若采用普通电机，轻载时功率因数和效率低，经济运行范围窄，造成大量的电能浪费。若采用永磁电机，部分设备可适当的降低电机容量，可以实现高效、高功率因数和宽广的经济运行范围，节约大量的电能。
在一些生产机械中，要求多台电动机同步运行。普通电机的转速和电源频率之间没有严格的固定关系，随着负载的变化而变化，即使是同一厂家生产相同规格的感应电动机，其转速也有一定的差别，难以保证多台电动机以相同的转速运行。永磁同步电动机的转速与电源频率之间有严格的固定关系，只要多台电动机的供电电源频率和电动机极对数相同，就可以方便的实现同步运行。这在某些纺织设备上已得到很好的推广。既节约了能源，又能很方便的实现电动机同步运行。这对于国家提出的节能减排政策和国家社会主义现代化建设具有最要意义。
本课题以永磁同步电机为被控对象，设计了两种控制器，即传统的线性PI控制器和自适应的模糊控制策略。永磁同步电动机的矢量控制可以获得很高的性能，该系统中控制器的设计对系统的性能起主要作用。线性PI控制器的主要组成部分为比例—积分环节，积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。这里的“积分”指的是“积累”的意思。积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关，而且还与偏差存在的时间有关。只要偏差存在，输出就会不断累积（输出值越来越大或越来越小），一直到偏差为零，累积才会停止。所以，积分控制可以消除余差。积分控制规律又称无差控制规律。在串联校正时，PI控制器相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点。位于原点的极点可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能；
而增加的负实零点则用来减小系统的阻尼程度，缓和PI控制器极点对系统稳定性及动态性能产生的不利影响。只要积分时间常数足够大，PI控制器对系统稳定性的不利影响可大为减弱，在控制工程中，PI控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。
永磁同步电机本身的参数(如电机的转子电流和拖动负载的参数）可能在某些应用场合会随工作情况而变化;同时，交流电机本身实质上是一个非线性的被控对象。控制对象的参数变化与非线性特性，使得线性的常参数的PID调节器常常顾此失彼，为了使永磁同步电机能够在更恶劣的环境下运行，本课题又在完成课题任务的基础上增加了模糊控制。
模糊控制具有如下优点：
(1)使用语言方法,?可不需要过程的精确数学模型;?
(2)鲁棒性强,?适于解决过程控制中的非线性、强耦合时变、滞后等问题;?
(3)有较强的容错能力。具有适应受控对象动力学特征变化、环境特征变化和动行条件变化的能力;?
(4)操作人员易于通过人的自然语言进行人机界面联系,?这些模糊条件语句容易加到过程的控制环节上。
永磁同步电机及电机调速概述
同步电机的特点是其转速与电源频率保持严格的同步关系，只要电源频率不变，同步电动机的转速就保持不变，与负载大小无关。此外，通过改变励磁电流就可以调节同步电机的功率因数，若使其工作在容性状态下向电网输送超前无功，则可改善电网的功率因数。但是，同步电机也存在启动困难和重载时失步的缺点，这一问题在很大程度上限制了它的应用领域。
由于电力电子技术的迅速发展，各种容量和形式的变频电源、整流装置的研制成功以及计算机技术、控制理论的发展，使同步电机调速系统的发展呈现了崭新的局面。变频装置作为同步电动机的软启动设备解决了同步电动机启动困难的问题；以微处理器为核心的转速和频率的闭环控制，又解决了同步电动机的失步问题。这两个问题的解决从根本上改变了同步电动机在调速系统这一领域的地位。
小功率的永磁同步电机，由于变频电源供电，从而组成了新一代的交流伺服系统。在机器人和数控机床等领域也越来越显示出它的优越性。因而永磁同步电机的控制系统也逐步成为该领域的研究热点。
永磁同步电机的发展概述
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Simulink仿真永磁同步电机SVPWM双闭环控制系统PI调节器参数
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关注者： 1
本帖最后由 August_rush 于
10:26 编辑
我用Simulink搭建了永磁同步电机双闭环控制系统的模型，采用SVPWM调制，电流环id=0控制，但是我不会设计PI调节器的参数，而且发现转速给定超过23以后输出转速就不能再增加了，给定转速在23以下的时候能够很好的跟踪，但是超过23以后电机转速就只能到23了。不知道如何解决该问题。希望得到帮助
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我也遇到同样的问题了，请问楼主解决了吗？
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我也遇到同样的问题了，请问楼主解决了吗？
我个人理解是因为电机参数的限制，在id=0控制方式下有一个最高转速的限制，这个转速和转矩相关。
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