simulink带转矩内环的转速、磁链闭环控制的矢量控制
MATLABSIMULINK永磁同步电机矢量控制系统仿真
MATLABSIMULINK永磁同步电机矢量控制系统仿真一、本文概述随着电机控制技术的快速发展，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）在工业、交通和能源等领域的应用越来越广泛。
矢量控制作为PMSM的一种高效控制策略，能够实现对电机转矩和磁链的精确控制，从而提高电机的动态性能和稳态性能。
然而，在实际应用中，矢量控制系统的设计和调试过程往往复杂且耗时。
因此，利用MATLAB/Simulink进行永磁同步电机矢量控制系统的仿真研究，对于深入理解矢量控制原理、优化控制策略以及提高系统性能具有重要意义。
本文旨在通过MATLAB/Simulink平台，建立永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型，并对其进行仿真分析。
本文将对永磁同步电机的基本结构和数学模型进行介绍，为后续仿真模型的建立提供理论基础。
本文将详细阐述矢量控制策略的基本原理和实现方法，包括坐标变换、空间矢量脉宽调制（SVPWM）等关键技术。
在此基础上，本文将利用MATLAB/Simulink中的电机控制库和自定义模块，搭建永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型，并对其进行仿真实验。
本文将根据仿真结果，对矢量控制系统的性能进行分析和评价，并提出优化建议。
通过本文的研究，读者可以全面了解永磁同步电机矢量控制系统的基本原理和仿真实现方法，为后续的实际应用提供有益的参考和指导。
本文的研究结果也为永磁同步电机控制技术的发展和应用提供了有益的探索和启示。
二、永磁同步电机数学模型永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种高性能的电机，广泛应用于各种工业领域。
为了有效地对其进行控制，我们需要建立其精确的数学模型。
PMSM的数学模型主要包括电气方程、机械方程和磁链方程。
PMSM的电气方程描述了电机的电压、电流和磁链之间的关系。
在dq旋转坐标系下，电气方程可以表示为：V_d &= R_i I_d + \frac{d\Phi_d}{dt} - \omega_e \Phi_q \ V_q &= R_i I_q + \frac{d\Phi_q}{dt} + \omega_e \Phi_d其中，(V_d) 和 (V_q) 分别是d轴和q轴的电压；(I_d) 和 (I_q) 分别是d轴和q轴的电流；(\Phi_d) 和 (\Phi_q) 分别是d轴和q轴的磁链；(R_i) 是定子电阻；(\omega_e) 是电角速度。
基于Simulink／Powerlib交流异步电机矢量控制的仿真
发展及 交流 电机 具有结构 简单、 维护 方便、高容 量、 高 效率等优 点 ，特别是大 规模集成 电路和 计算机控
制 技 术 的发 展 ，高 性 能 交 流 调 速 系 统 应 运 而 生 ，使 交 流 变 频 和 调 速 系 统 的应 用 越 来 越 广 泛 【 ｌ 】 。 但 由于 交 流 电机 的模 型 是 一 个 高价 、 非 线 性 、强 耦 合 的多 变量 系统 ［ ２ ］ 以及 电力 传 动 系 统 的复 杂 性 ，使 得 对 它 的建 模 与 仿 真 一 直 是研 究 的热 点 。 目前 ，Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ逐 渐 发 展 成 为 一 个 集 数 值 分 析 、 图 像 处 理 、 信 号 处 理 、 数 学 建 模 、 动 态 仿 真 等 为 一
成 一 个 理 想 化 的两 极 电机 Ｊ 。图 １ ｆ ａ ） 是 三 相 交 流 异 步 电机 在 Ａ ＢＣ坐 标 系 中 的基 本 电机 模 型 。 其 中定 子 三 相 对 称 绕 组 分 别 用 、 、Ｃ表 示 ，转 子 三 相 对 称 绕 组分别用 ａ 、ｂ 、Ｃ表 示 ，定 子 相 与 转 子 ａ相 绕 组 轴 线 问 的夹 角 为 ， 定 子绕 组 静 止 不 动 ，转 子 绕
中图分 类 号 ：Ｔ Ｐ ２ ７ ３ 文 献标 志码 ：Ａ
Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｖｅ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ ＡＣ Ａｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｏ ｕ ｓ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ ／ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｌ ｉ ｂ
Ｋｅ ｖ ｗｏ ｒ ｄｓ ： ＡＣ ａ ｓ ｖ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｏ ｕ ｓ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ； ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ； ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ
基于MatlabSimulink的异步电机矢量控制系统仿真
基于MatlabSimulink的异步电机矢量控制系统仿真一、本文概述随着电力电子技术和控制理论的不断发展，异步电机矢量控制系统已成为现代电机控制领域的重要分支。
该系统通过精确控制异步电机的磁通和转矩，实现了对电机的高效、稳定和动态性能的优化。
Matlab/Simulink作为一种强大的仿真工具，为异步电机矢量控制系统的研究和设计提供了便捷的平台。
本文旨在探讨基于Matlab/Simulink的异步电机矢量控制系统仿真方法。
文章将简要介绍异步电机矢量控制的基本原理和关键技术，包括空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术、转子磁链观测技术以及矢量控制策略等。
详细阐述如何利用Matlab/Simulink搭建异步电机矢量控制系统的仿真模型，包括电机模型、控制器模型以及系统仿真模型的构建过程。
文章还将探讨仿真模型的参数设置、仿真过程以及仿真结果的分析方法。
通过本文的研究，读者可以深入了解异步电机矢量控制系统的基本原理和仿真方法，掌握基于Matlab/Simulink的仿真技术，为异步电机矢量控制系统的实际设计和应用提供有益的参考和借鉴。
本文的研究也有助于推动异步电机矢量控制技术的发展和应用领域的拓展。
二、异步电机基本原理异步电机，又称感应电机，是一种广泛应用于工业领域的电动机。
其基本原理基于电磁感应和电磁力作用。
异步电机主要包括定子（静止部分）和转子（旋转部分）。
定子通常由铁芯和三相绕组构成，而转子则可能由实心铁芯、鼠笼型或绕线型结构组成。
当异步电机通电时，定子绕组中的三相电流会产生旋转磁场。
这个旋转磁场与转子中的导体相互作用，根据法拉第电磁感应定律，会在转子导体中产生感应电动势和感应电流。
这些感应电流在旋转磁场的作用下，受到电磁力的作用，从而使转子产生旋转力矩，驱动转子旋转。
异步电机的旋转速度与定子旋转磁场的旋转速度并不完全同步，这也是其被称为“异步”电机的原因。
异步电机的旋转速度通常略低于旋转磁场的同步速度，这是由于转子导体的电感和电阻导致的电磁延迟效应。
Simulink仿真技术在“异步电机矢量控制变频调速”教学中的应用
ＡＲ 输出 转 节器ＡＲ 给 ＝ 则 带 内 的 Ｓ 的 作为 矩调 Ｔ 的 定Ｔ， 构成 转矩 环 转
速 、 链 闭 环 矢 量控 制 系 统 的结 构 图 如 图 １ 示 。 磁 所
图１ 异步 电机矢量控制调速系统的结构图 绝 大 部分 教 材 上关 于 “ 步 电机 矢 量 控制 变 频 调速 ” 异 内容 至 此 而止 。 而关于坐标变换具体实现方法 、 转速 、 转矩 、 磁链调节器的设计 、 矢量控 制变频 调速系统 的性能则不再述及 ，而且对这部分内容的课 堂教学也 仅仅限于传统 的“ 授 ＋ 讲 板书 ” 这种 教学模 式 ， 这种枯燥乏味而且缺乏 互动和直观感受的教学方法让学生总感觉到似懂非懂 、 似是而非 ， 总有 种意犹未尽的感觉。 对于这部分内容 ， 不但学生怕学， 而且老师也怕教。 ３基于 Ｓ ｌ ｋ ． ｉ ｉ 的异步电机矢量控制变频 调速 系统的仿真模型 ｍｕ ｎ 在今天的信息化 、 化时代 ， 网络 只有充分地运用各种现代化教育教 学手段 ， 不断改进教学方法 ， 才能满足信息化时代课堂教学 的需要 ， 提 高教学效果 ， 保证教学质量 。 Ｍ ｔ ｂ 将 ａａ 软件作为课堂教学的辅助教学手 ｌ 段就是教学改革的一个成功的典范。 笔 者 经 过 多 年 的 教 学 实 践 ， 用 Ｓｍｕｉｋ和 Ｓｍ Ｐｗ ｒ ｙｔｍ下 的 利 ｉ ｌ ｎ ｉ ｏ ｅ ｓ Ｓ ｅ 库元件搭建了一个异步 电机矢量控制变频调速系统的仿真模 型 ，并将 其成功地运用于矢量控制教学 中， 取得了 良好的教学效果。带转矩 内环 的异步电机矢量控制变频调速系统的仿真模型如图 ２ 所示 ，限于篇幅 具体建模过程不再详述。 ４异步 电机矢量控制变频调速系统 的性能分析 ． 为 了验 证 仿 真 模 型 的 正确 性 ，也 为 了对 矢 量 控 制 的有 效 性 和 系 统 性 能有更直观的认识， 我们进 行了如下仿真实验 ： 电机在空载情况下启 动 ， 定 转 速 为 ｎ＝１０ ｒ ｎ 当 ｔ １ ｓ ， 给 ＊ ０ ０／ ， ＝ ． 时 突加 负 载 转 矩 Ｔ＝ ０ ． ｍｉ ２ Ｌ１Ｎｍ。仿 真结果如图 ３ ～图 ５所示 。
基于MatlabSimulink的永磁同步电机矢量控制原理
[2] 孙亚树,周新云,李正明. 空间矢量 PWM 的 SIMULINK 仿真[J]. 农机化研究，2003， 4（2）：105-106.
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本文通过对电压空间矢量控制原理及算法的分析，得到了永磁同步电机的数学模型，运 用 Matlab/Simulink 软件，构建了永磁同步电机控制系统的模型，通过仿真结果可以看到系 统能平稳运行，具有良好的静、动态特性，仿真结果符合永磁同步电机的运行特性，也为实 际伺服系统的设计和调试提供了新的思路。 参考文献
图 2 三相 PWM 逆变器 逆变器共有 8 种工作状态，即 001、010、011、100、101、110、111、000。将其中 6 个非零的开关状态相电压值代入式（1.2），可得到 6 个空间电压矢量，如图 3 所示。
图 3 基本空间电压矢量 ２.2 零矢量的作用 在非零矢量作用的同时，插入零矢量的作用，让电机的磁链端点“走走停停”，这样可改 变磁链运行速度，使磁链轨迹近似为一个圆形，从而实现恒磁通变频调速。改变非零矢量的 作用时间与总的作用时间的比值，就改变了输出电压的频率，也改变了输出电压的幅值。 ３.3 空间电压矢量控制算法 上面我们提到，控制过程包括非零矢量和零矢量的作用，非零矢量用来控制磁通的轨迹， 而利用零矢量改变磁通的运行速度。 现在以 U1、U2 作用区间为例，根据电压和时间乘积平衡原理，可以得到任意一个参考 电压矢量 Ur。
基于MATLABSimulinkSimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真
基于MATLABSimulinkSimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真一、本文概述随着电力电子技术和控制理论的快速发展，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的调速性能，在电动汽车、风力发电、机器人和工业自动化等领域得到了广泛应用。
然而，PMSM的高性能运行依赖于先进的控制系统，其中矢量控制（Vector Control, VC）是最常用的控制策略之一。
矢量控制，也称为场向量控制，其基本思想是通过坐标变换将电机的定子电流分解为与磁场方向正交的两个分量——转矩分量和励磁分量，并分别进行控制，从而实现电机的高性能运行。
这种控制策略需要对电机的动态行为和电磁关系有深入的理解，并且要求控制系统能够快速、准确地响应各种工况变化。
MATLAB/Simulink/SimPowerSystems是MathWorks公司开发的一套强大的电力系统和电机控制系统仿真工具。
通过Simulink的图形化建模环境和SimPowerSystems的电机及电力电子元件库，用户可以方便地进行电机控制系统的建模、仿真和分析。
本文旨在介绍基于MATLAB/Simulink/SimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统的建模与仿真方法。
将简要概述永磁同步电机的基本结构和运行原理，然后详细介绍矢量控制的基本原理和坐标变换方法。
接着，将通过一个具体的案例，展示如何使用Simulink和SimPowerSystems进行永磁同步电机矢量控制系统的建模和仿真，并分析仿真结果，验证控制策略的有效性。
将讨论在实际应用中可能遇到的挑战和问题，并提出相应的解决方案。
通过本文的阅读，读者可以对永磁同步电机矢量控制系统有更深入的理解，并掌握使用MATLAB/Simulink/SimPowerSystems进行电机控制系统仿真的基本方法。
simulink永磁同步电机模块原理
simulink永磁同步电机模块原理
Simulink永磁同步电机（PMSM）模块的原理基于矢量控制。
矢量控制的
基本思想是模仿直流电机的磁场定向方式。
在Simulink的PMSM模块中，以转子磁链方向作为旋转坐标系的参考方向，将定子电流分解为与转子磁链同方向的定子电流励磁分量和与磁链方向正交的定子电流转矩分量。
这两个分量相互正交，分别采用控制器控制。
PMSM模块的工作原理可以细分为以下几个区域：
1. 恒转矩区：在此区域内，电机按最大扭矩电流比（MTPA）控制。
这个区间的电机运行受控制器最大电流的限制，电机输出最大恒定转矩。
此时电机产生的热量比较大。
2. 弱磁区Ⅰ：从基速到最大功率点转速的区间，电机的运行受到控制器最大电压和最大电流的限制。
在此区间内，电机可以按照恒功率输出。
在磁阻转矩的作用下，功率增加到最大功率点转速，但转矩是降低的。
此外，在小于基速的区域，由于反电动势接近控制器的最大电压，控制器电压达到饱和。
为了维持电压平衡并拓展转速，需要用允许的最小电流进行弱磁，消弱反电动势。
请注意，Simulink的PMSM模块在实际使用中可能需要根据具体的电机参数进行调整，以确保最佳的控制效果。
如需更多关于永磁同步电机（PMSM）模块的原理信息，建议请教电气工程专家或查阅相关文献资料。
毕业设计(论文)-磁链闭环控制变频调速系统仿真模型设计模板
目录中文摘要 (1)ABSTRACT (1)一、绪论 (1)1、引言 (1)2、交流调速技术概况 (3)3、完成的主要工作 (3)二、矢量控制系统的介绍 (4)1、异步电动机的数学模型概述 (4)2、矢量控制思想及原理 (6)(1)矢量控制技术思想 (6)(2)矢量控制的原理 (6)3、坐标变换 (8)(1)变换矩阵的确定原则 (8)(2)功率不变原则 (9)4、3S/2R 变换 (9)(1)三相/两相变换 (9)(2)两相/两相旋转变换 (10)三、仿真模型的建立 (11)1、MATLAB/SIMULINK简介 (11)2、带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统的构框图 (13)3、各个子模块模型 (13)(1)转速调节器模型 (13)(2)转矩调节器模型 (14)(3)磁链调节器模型 (14)(4)转矩观测器模型 (15)(5)磁链观测器模型 (15)(6)带滞环脉冲发生器模型（CHBPWM） (16)(7)dq_to_abc(2r/3s)和abc_to_dq(3s/2r)模型 (16)3、带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统仿真模型 (17)四、 SIMULINK 仿真 (18)1、参数设置 (18)(1)电动机参数 (18)(2)各调节器参数 (18)(3)各给定参数 (19)2、仿真结果 (20)(1)定子磁链轨迹 (20)(2)转矩调节器输出 (20)(3)输出转矩 (20)(4)转速响应 (21)(5)转速调节器输出 (21)(6)经2r/3s变换的三相电流给定波形 (22)(7)Uab (22)3、分析 (23)五、结论 (23)致谢 (24)参考文献 (24)磁链闭环控制变频调速系统仿真模型设计重庆工商大学自动化专业 2008级自动化1班马永祥指导教师：中文摘要：该文对带转矩内环转速、磁链闭环矢量控制系统进行研究及仿真。
利用MATLAB/SIMULINK工具，构建了异步电动机矢量控制系统的仿真模型以及对各个主要模块的仿真模型，利用3/2变换计算出相电流。
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带转矩内环的转速、磁链闭环控制的矢量控制
1 矢量控制系统的设计
以典型I 型系统来设计为了将系统开环传递函数表示成典型I 型系统的形式，磁链调节器设计为一个PI 调节器与一个惯性环节串联，即
1
1
1)()()(+•+=•=s T s T s T K S G S G S G i i p ine PI R A αψ其中p K 、
i T 、i T α待定。
于是磁链闭环的开环传递函数为
1
11
1)(+•+•+=r md i i p
T L s T s T s T K s G α。
当取i T =r T 时，整理可得 )
1()
1(111
1)(α
α
ααT s s T T L K s T s T L K T L s T s T s T K s G r md
p r md p r md i i p
+=+=+•+•+=…（7），显然这是典型I 型系统的开环传递函数形式。
为了便于仿真，假设电机参数如下：
定子互感和转子互感：L_m=34.7e-3 定子电阻：R_s=0.087 转子电阻：R_r=0.228
定子漏感和转子漏感：L_lr=L_ls=0.8e-3 极对数：n_p=2 转动惯量：J=1.662 转子磁链：Psi_r=1
代入上述数值到G(s)可得
)
1(2245
.0)1(2316.0052.0)1()(α
α
ααααT s s T K T s s T K T s s T T L K s G p
p
r md
p +=+=+=。
易知该I 型系统
.
.
的阻尼比ξ和振荡频率n ω有如下关系：⎪⎪⎩
⎪
⎪⎨⎧
==ααωξωT K T p
n n 2245.0122…
（8）。
若今要求磁链调节曲线超调量%5=p σ、调节时间
)02.0(1.0=∆=s t s 。
根据自动控制理论，一旦超调量和调整时间确定了，典型I 型系统的特征参数ξ和n ω可由
⎪⎪⎪
⎩
⎪
⎪⎪⎨⎧
-+=
-+-=s n p p t ξξωσσπσξ22
11
ln 4)10ln 2100(ln 100ln 10ln 2确定，于是可解得ξ=0.6901、n ω=62.6483，再将ξ和n ω代入（8）式解得i T 、
αT =0.0116，p K =202.77， r T =0.2316
.
. 图5 转子磁链的开环传递函数波特图
2 矢量控制系统的仿真
在MATLAB下作系统仿真模型，如图6所示。
.
. 图6 MATLAB下作系统仿真模型
各个子模块的仿真模型如图7~12所示:
.
图7电流滞环脉冲发生
图8按转子磁链定向的转子磁链电流模型.
.
图9 磁链调节器的模型
图10 转速调节器的模型
图11 转矩调节器的模型.
.
. 图12 generation
仿真结果如图13—23:
.
. 图13 A
相电流波形图14 iSq 图形
.
图15 iSd图形
图16 转速输出图形.
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. 图17 经
2r/3s变换的三相电流给定波形图18 转速调解器输出
.
. 图
19 转矩调节器输出
图20 磁链调节器ApsiR输出
.
. 图
21 定子磁链轨迹图22 转矩—转速曲线
.
. 图23 电动机输出转矩
下面对本例做出简单的分析与说明：
带转矩内环的转速，磁链闭环矢量控制系统的主电路采用电流滞环控制型逆变器。
在控制电路中，在转速环后增加了转矩内环，转速调节器ASR的输出是转矩调节器ATR的给定Te*,而转矩的反馈信号Te，则通过矢量控制方程计算得到。
电路中的磁链调节器ApsiR用于对电动机的定子磁链的控制，并设置了电流变换和磁链观测环节，ATR和ApsiR 的输出分别是定子电流的转矩分量i*st和励磁分量i*sm。
i*st,i*sm经过2r/3s变换后得到三相定子电流的给定值i*sA,i*sB,i*sC,,并通过电流滞环控制PWM逆变器控制电动机定子的三相电流。
带磁链和转矩闭环的矢量控制系统仿真模型如图6所
.
示。
期中直流电源DC，逆变器inverter,电动机motor和电动机测量模块组成了模型的主电路，逆变器的驱动信号由滞环脉冲发生器模块产生。
三个调节器ASR,ATR和ApsiR均是带输出限幅的PI调节器。
转自磁链观测采用二相同步旋转坐标系上的磁链模型，函数模块Fcn用于对转矩的计算，dq0-to-abc模块用于2r/3s的坐标变换。
调节器的参数见附录，模型的仿真算法为ode23tb.
在给定转速为1400r/min，空载起动，在0.6s是加载60N·m，系统的仿真结果如前图所示。
在波形中可以看到，在矢量控制下，转速上升平稳，加载后稍有下降但随即恢复，在0.35s达到给定转速时和0.6s加载时，系统调节器和电流，转矩都有相应的响应。
由于ATR和ApsiR都是带限幅的PI 调节器，在起动中俩个调节器都处于饱和限幅状态，因此定子电流的转矩和励磁分量都保持不变，定子的给定值i*sA,i*sB,i*sC也不变，所以在起动的过程中，定子电流基本保持不变实现了恒电流起动。
由图可以看出，在起动阶段，磁场的建立过程比较平滑，磁链呈螺旋形增加，同时电动机转矩不断上升；而不带磁链调节器时，起动初期磁链轨迹波动较大，也引起了转矩的大幅度波动。
从转矩—转速曲线也可以看到，带磁链调节器的系统起动转矩较大。
.
附 录
仿真参数一览表：
电动机选择：380V 、50Hz 、两对磁极
Ω=435.0s R mH L s 002.01=
Ω=816.0r R mH L r 002.01= mH L m 069.0=
219.0m kg J ⋅=
逆变器电源为510V
定子绕组自感mH L L L s m s 071.0002.0069.01=+=+= 转子绕组自感mH L L L r m r 071.0002.0069.01=+=+= 漏磁系数056.0/12=-=r s m L L L σ
转子时间常数087.0816.0/071.0/===r r r R L T PI 调节器参数。