基于matlab的pmsm直接轉(zhuǎn)矩控制的建模方法的研究畢業(yè)論文

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1、目錄1緒論12永磁同步電動機的原理23永磁同步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制33.1永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型33.2永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的實現(xiàn)43.2.1轉(zhuǎn)矩增量與定子電壓空間矢量關(guān)系模型43.2.2定子磁鏈控制53.3逆變器開關(guān)時間控制模型63.4永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制的系統(tǒng)74系統(tǒng)仿真模型的組建84.1仿真系統(tǒng)94.2其他模型的建立125仿真結(jié)果及其分析146結(jié)束語16參考文獻16致謝17191緒論直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)是在空間矢量調(diào)速理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型交流電動機調(diào)速策略，其基本思想是根據(jù)交流電動機的轉(zhuǎn)矩要求，直接選擇合適

2、的定子電壓空間矢量，實現(xiàn)交流電動機電磁轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)。由于直接在定子兩相靜止坐標(biāo)系統(tǒng)下分析交流電動機的數(shù)學(xué)模型，將定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩作為被控制量，根據(jù)給定轉(zhuǎn)矩與實際轉(zhuǎn)矩以及給定定子磁鏈與實際定子磁鏈的偏差來直接選擇電壓矢量,從而避免了矢量控制中許多復(fù)雜的矢量變換計算。所以直接轉(zhuǎn)矩控制策略具有控制方式簡單、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快、便于實現(xiàn)全數(shù)字化等優(yōu)點。直接轉(zhuǎn)矩控制在異步電動機調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，但在永磁同步電動機(PMSM)伺服控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究相對滯后。由于永磁同步電動機具有體積小、重量輕、運行可靠、功率密度高等諸多優(yōu)點，將DTC控

3、制策略應(yīng)用于永磁同步電機控制中，以提高電機的快速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，成為研究者關(guān)注的課題究的熱點課題。由于電機轉(zhuǎn)矩和磁鏈的計算對控制系統(tǒng)性能影響較大，為了獲得滿意的轉(zhuǎn)矩計算，仿真研究是最有效的工具和手段。本文中利用MATLAB軟件下的Simulink仿真工具對PMSMDTC系統(tǒng)進行仿真；同時還詳細地介紹了DTC系統(tǒng)中各控制計算單元的模型的建立，并分析控制系統(tǒng)的性能。191永磁同步電動機的原理永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與定子繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的速度是一樣的。正由于這樣，同步電動機的電流在相位上是超前于電壓的，即同步電動機是一個容性負載。同步電

4、動機在結(jié)構(gòu)上大致有兩種：永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁鋼的幾何形狀不同，使得轉(zhuǎn)子磁場在空間的分布可分為正弦波和梯形波兩種。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，在定子上產(chǎn)生的反電動勢波形也有兩種：一種為正弦波；另一種為梯形波。這樣就造成兩種同步電動機在原理、模型及控制方法上有所不同，為了區(qū)別由它們組成的永磁同步電動機交流調(diào)速系統(tǒng)，習(xí)慣上又把正弦波永磁同步電動機組成的調(diào)速系統(tǒng)稱為正弦型永磁同步電動機（PMSM）調(diào)速系統(tǒng)；而由梯形波（方波）永磁同步電動機組成的調(diào)速系統(tǒng)，在原理和控制方法上與直流電動機系統(tǒng)類似，故稱這種系統(tǒng)為無刷直流電動機（BLDCM）調(diào)速系統(tǒng)。永磁

5、同步電動機轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)不同，則電動機的運行特性、控制系統(tǒng)等也不同。根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上的位置的不同，永磁同步電動機主要可分為，表面式和內(nèi)置式。在表面式永磁同步電動機中，永磁體通常呈瓦片形，并位于轉(zhuǎn)子鐵心的外表面上，這種電機的重要特點是直、交軸的主電感相等；而內(nèi)置式永磁同步電機的永磁體位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部，永磁體外表面與定子鐵心內(nèi)圓之間有鐵磁物質(zhì)制成的極靴，可以保護永磁體。這種永磁電機的重要特點是直、交軸的主電感不相等。因此這兩種電機的性能有所不同。191永磁同步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制3.1永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型直接轉(zhuǎn)矩控制是對定轉(zhuǎn)子磁鏈間的夾角也就

6、是對轉(zhuǎn)矩角δ進行控制。先推導(dǎo)轉(zhuǎn)矩角與電機電磁轉(zhuǎn)矩的數(shù)學(xué)關(guān)系。其中要用到與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)的d-q坐標(biāo)系，d軸正方向為轉(zhuǎn)子磁鏈方向；與定子同步旋轉(zhuǎn)的x-y坐標(biāo)系，x軸正方向為定子磁鏈方向；兩相α-β靜止坐標(biāo)系，α軸正方向與電機a軸重合。如下圖3-1所示。圖3-1PMSM在不同坐標(biāo)系下的矢量圖在建立PMSM數(shù)學(xué)模型前，先對PMSM作如下假設(shè)：忽略電動機鐵心的飽和，不計電動機中的渦流和磁滯損耗，轉(zhuǎn)子無阻尼繞組，則永磁同步電機在d-q坐標(biāo)系下的基本方程如下：(1)(2)(3)(4)(5)(6)式中：ψd、ψq為定子磁鏈d、q軸分量；Ld、Lq為定

7、子繞組d、q軸等效電感；id、iq為定子電流d、q軸分量；Ud、Uq為定子電壓d、q軸分量；ψf為轉(zhuǎn)子磁鏈；Rs為定子繞組電阻；P為微分算子；ωr為轉(zhuǎn)子機械角速度；Te為電磁轉(zhuǎn)矩；np19為電機極對數(shù)；Tm為負載轉(zhuǎn)矩；J為電機轉(zhuǎn)動慣量；B為粘滯系數(shù)。經(jīng)過進一步推導(dǎo)，得轉(zhuǎn)矩控制的基本方程式：(7)對于隱極式永磁同步電機，lq=ld，故(7)式可寫為：(8)對于永磁同步電機，轉(zhuǎn)子磁鏈不變，當(dāng)定子磁鏈不變時，電機的電磁轉(zhuǎn)矩只與轉(zhuǎn)矩δ有關(guān)。由于定子磁鏈的狀態(tài)比轉(zhuǎn)子磁鏈的狀態(tài)容易改變，因此可以通過控制定子磁鏈的狀態(tài)來改變轉(zhuǎn)矩角，從而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的

8、控制。3.1永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的實現(xiàn)3.2.1轉(zhuǎn)矩增量與定子電壓空間矢量關(guān)系模型ψs與α軸的夾角為θs，則在α-β軸系中，定子的合成空間磁鏈?zhǔn)噶喀譻以角速度?θs旋轉(zhuǎn)，設(shè)逆時針方向為正方向。為了獲得盡可能小的轉(zhuǎn)