永磁同步电动机调速控制系统仿真研究(7)

3 PMSM矢量控制系统的仿真研究

3.1 PMSM矢量控制系统的SIMULINK实现

随着计算机技术的发展，仿真已成为科技工作者日益关注的技术。90年代以来,国内外都开发出大量的仿真软件，以美国MathWorks公司为代表的MATLAB系列软件不仅是一个优秀的数学软件，也是一个十分方便的仿真软件。而MATLAB提供的动态系统仿真工具SIMULINK，刚是众多仿真软件中最强大、最优秀、最便于使用的一种,应用SIMULINK对系统建模将变得非常简单，而且仿真过程是交互的，因此，可以在住址过程中随意改变仿真参数，并且立即可以得到修改后的仿真结果。另外，还提供各种分析工具，可以对仿真结果进行分析和可视化。SIMULINK可以利用鼠标器在模型窗口上画出控制系统的模型，然后利用它提供的功能对系统进行仿真或线形化分析[12]。

图3-1为采用转速、电流PID控制的双闭环系统。用电流滞环型SPWM变频器给同步电动机供电。该变频器通常由PWM电压源型变频器和电流调节器组成，使变频器输出可控的正弦波。图中各个子系统分别为：

图3-1 PMSM矢量控制系统的SIMULINK实现 Fig.3-1 SIMULINK of PMSM vector control system is realized

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1）subl：两相旋转坐标到两相静止坐标的2r/2s变换 由第一章坐标变换得：

?ia??cos??sin???im??i?????i?sin?cos????t? ???得到2r/2s的SIMULINK模型如图3-2所示。其中，输入端In1、In2、In3分别表示输入量im、it、?，在PMSM转子磁场子定向的矢量控制中，M?T轴系与d?q轴系重合，故输入量就是id、iq和转子位置角?，输出端Outl、Out2分别为i?、i?。

图3-2 两相旋转坐标到两相静止坐标的运算模型

Fig.3-2 Two phase rotates the operation model to the static coordinate

of two phase of coordinate

2）sub2：两相静止坐标到三相静止坐标的2/3变换 由第一章坐标变换得：

?iA??i???B???iC????1?2?1??32???1??2?2??0??0?3???3??i???11??i??????i?????i??262????????13?1??????2??62????

得到2s/3s变换的SIMULINK模型。其中：输入端In1、In2代表的输入量分别为i?、

i?；输出端Out1、Out2、Out3分别表示输出量iA、iB、iC。

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k1?2k2?3 1k3?6 12

图3-3 两相静止坐标到三相静止坐标的运算模型

Fig .3-3 Two phase static coordinate reach static operation model of coordinate

3）sub3：SPWM变频器模型

图3-4 电流滞环SPWM运算模型

Fig.3-4 Stagnat ring SPWM operation model of the electric current

4）sub4：三相静止坐标到两静止坐标的3/2变换 由第一章坐标变换得

?i???i??????12??3?0???1232??1?iA??2?2????3?iB?3??????iC??0???2???1612??1612???iA???iB???????iC???

得到3/2变换的SIMULINK模型，其中：输入端In1、In2、In3分别代表电流检测量iA、

iB、iC；输出端Out1、Out2分别代表i?、i?。

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图3-5 三相静止坐标到两相静止坐标得运算模型 Fig.3-5 Three-phase static coordinate reach static coordinate

of two phase take the operation model

12k4?2 3

5）Sub5：两相静止坐标到两相旋转坐标的2s/2r变换。

k1?11k3?k2?2 2

由第一章坐标变换得

sin???i???im??cos??i????sin?cos???i????? ?t??得到2s/2rs/2r为换的SIMULINK模型，其中：输入端In1、In2、In3分别表示i?、i?、?；输出端Outl、Out2分别表示im、it (id、iq)。

图3-6 两相静止坐标到两相旋转坐标得2s/2r变换

Fig.3-6 Two phase static coordinate reach two phase rotatory coordinate have 2s/2r vary

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3.2 仿真结果与分析

仿真参数由2.1.2中电磁计算结果，X1?2.235?,

Ld?Lq?L?1?Lmd?x12?f?3xad?0.077H22?f

Xad?Xaq?14.66?,求得

其余参数为:R1?1.804?,

?f?1.14wbJ?0.007N?m2,。

采用上述模型对所设计的永磁电机进行性能分析，所用速度与电流调节器参数设置如下：

ASR：Kp?50 Ki?2.6 ACR：Kp?50 Ki?0.7 5速度反馈系数??0.01

为减小超调，引入速度反馈滤波环节。在给定转速为104.7rad/s(1000r/min)、电动机空载和负载转矩分别为Tl?10N?m、Tl?52N?m（额定负载）时的仿真结果分别为：

a）转速响应

a) The rotational speed responding

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