永磁同步电机双闭环矢量控制系统仿真实验指导书剖析
双闭环永磁同步电机矢量控制仿真研究
TECHNIQUE RESEARCH双闭环永磁同步电机矢量控制仿真研究Research on Vector Control Simulation of Double Closed Loop Permanent MagnetSynchronous Motor大连交通大学电气信息工程学院严航 (Yan Hang) 唐明新(Tang Mingxin) 聂启鹏(Nie Qipeng)永磁同步电机因其运行稳定、体积小、结构灵活等优点，在空调压缩机、电梯传动、船舶推进以及电动汽车领域都有着越来越广泛的应用。
在此根据永磁同步电机的结构，通过数学模型对永磁同步电机进行描述，并在Matlab/Simulink中搭建了一种用于汽车能量回收的矢量控制模型。
采用空间矢量脉宽调制技术和速度、电流双反馈的方式，控制永磁同步电机恒转速输出。
同时该双闭环永磁同步电机矢量控制能够在高性能电机驱动控制系统方面提供一定的指导意义。
关键词：永磁同步电机；矢量控制；电动汽车；MATLAB/Simulink软件Abstract: Permanent magnet synchronous motor (PMSM) is widely used in air-conditioning compressor, elevator drive, ship propulsion and electric vehicle because of its stable operation, small size and flexible structure. Accordi ng to the structure of permanent magnet synchronous motor, the permanent magnet synchronous motor is describ ed by mathematical model, and a vector control model for vehicle energy recovery is built in MATLAB/Simulink. The output of permanent magnet synchronous motor (PMSM) at constant speed is controlled by space vector pulse wi dth modulation (SVPWM) and double feedback of speed and current. At the same time, the vector control of doub le closed-loop permanent magnet synchronous motor can provide guidance for high performance motor drive con trol system.Key words: Permanent magnet synchronous motor; Vector control; Electric vehicle; MATLAB/Simulink software 【中图分类号】TM743【文献标识码】B 【文章编号】1561-0330（2019）05-0072-061 引言当今时代，全球气温变暖、生物多样性的锐减及雾霾的肆虐使得环境保护成为人们关注的大问题。
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。
《2024年永磁同步电机的矢量控制系统》范文
《永磁同步电机的矢量控制系统》篇一一、引言随着现代电力电子技术的不断发展，永磁同步电机（PMSM）已成为许多工业应用中首选的驱动系统。
由于PMSM的高效率、高精度和强适应性等特点，其在汽车、风电、工业机器人等领域的应用日益广泛。
为保证永磁同步电机的高性能和可靠性，一套优秀的控制系统尤为重要。
本文将深入探讨永磁同步电机的矢量控制系统，其重要性、工作原理以及在实际应用中的优势。
二、永磁同步电机的矢量控制系统1. 系统组成永磁同步电机的矢量控制系统主要由电源模块、功率转换模块、电机模块和控制系统模块四部分组成。
其中，控制系统模块是实现电机高效控制的核心，通过控制电流和电压等参数来调整电机的运行状态。
2. 工作原理矢量控制技术是一种先进的电机控制方法，其核心思想是将电机的电流分解为励磁分量和转矩分量，分别进行控制。
在永磁同步电机的矢量控制系统中，通过传感器获取电机的位置和速度信息，控制系统根据这些信息计算所需的电流值，并控制功率转换模块将直流电源转换为三相交流电源，以驱动电机运转。
3. 矢量控制策略在永磁同步电机的矢量控制系统中，常用的控制策略包括i-q 解耦控制和直接转矩控制等。
i-q解耦控制通过将电流分解为励磁分量和转矩分量，分别进行独立控制，实现电机的高效运行。
直接转矩控制则通过直接控制电机的电磁转矩，实现电机的高动态响应和快速性。
三、矢量控制系统的优势1. 高效率：通过精确控制电机的电流和电压等参数，实现电机的高效运行。
2. 高精度：通过实时调整电机的位置和速度等信息，提高电机的运动精度和定位精度。
3. 强适应性：针对不同的应用场景和需求，可以通过调整控制策略和参数设置来实现电机的高性能运行。
4. 易于维护：采用模块化设计，各部分独立运行，方便故障排查和维护。
四、实际应用中的优势案例分析以工业机器人为例，采用永磁同步电机的矢量控制系统可以大大提高机器人的工作效率和精度。
在机器人的关节运动中，矢量控制系统可以实时获取关节的位置和速度信息，并根据这些信息精确控制电机的电流和电压等参数，从而实现机器人的高精度运动和高效率工作。
永磁同步电机双闭环矢量控制系统仿真实验指导书剖析
题目1：永磁同步电机双闭环矢量控制系统仿真一．实验目的．加深理解永磁同步电机矢量控制系统的工作原理1．掌握永磁同步电机驱动系统仿真分析方法2二．实验要求：1.永磁同步电机双闭环控制系统建模2.电流控制器设计3.电流环动态跟随性能仿真实验4.转速控制器设计5.转速环抗负载扰动性能仿真实验6.给出仿真实验结果与理论分析结果的对比及结论三．预习内容注：以下所有找不到的器件均可以通过搜索框搜索Simulink的启动在MATLAB中键入>>Simulink，进入Simulink library，2014版本的可直接点击MATLAB界面上的Simulink library，在Simulink界面上选择File->New->Model。
如图1所示：图1 Simulink界面拖入空白文件作为转速)阶跃函数step(将source一级标题下点击Simulink在．给定，也可用两个ramp函数相减，使转速缓慢达到预定转速，如图2：图2 转速给定在Simulink一级标题下点击Ports & Subsystems 选择Subsystem放入空白文件并双击，删除In1和Out1的连线，如图3：图3 子函数模块选择Simulink>Continuous下的integrator、Simulink>discontinuous下的Saturation、Simulink>math operation下的gain和Add，连好线后保存并返回，作为PI调节器，其中saturation可设置上下限为100和-100，如图4：图4 PI子函数模块设置此PI调节器输出结果作为Iq的电流给定，同样方法得到一个PI调节器，输出结果作为电压给定，并设置saturation上下限为380和-380，Simulink下math operation选择sum双击并修改第二个“+”为“-”，如图5：图5 转速和电流反馈PI调节选择Simulink>Ports & Subsystems下的Subsystem 拖入并双击进入子系统，并添加2个In1和1个Out1如图6：图6 接口模块Simulink>math operation 下选择Trigonometric Function、Product、Subtract、Add 加入文件，设置好后保存并退出，作为逆Park变换，如图7：图7 反Park变换再生成一个PI调节器，作为d轴电流调节器，Simulink>source中选择constant 并设置为0，如图8：图8 静止坐标系电压生svpwm模块建立过程过于复杂，可参考文献[1][2]，只列出总体框图如图9和图10，其中Ts为开关周期，Udc为直流母线电压。
《2024年永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计》范文
《永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计》篇一摘要：随着科技的发展和工业自动化水平的不断提高，永磁同步电机因其高效率、高精度和良好的控制性能被广泛应用于工业领域。
本文详细探讨了永磁同步电机矢量控制系统的基本原理，深入研究了其系统设计、实现过程及其在实际应用中的表现。
通过分析永磁同步电机的工作特性，我们提出了一种先进的矢量控制策略，以优化电机控制系统的性能。
一、引言永磁同步电机（PMSM）作为现代电机技术的代表，因其结构简单、高效和可靠性高等特点，在电动汽车、工业机器人等领域得到广泛应用。
为了满足高性能应用需求，开发高效的控制系统是关键。
本文研究的重点在于矢量控制系统的设计与优化，通过这种控制系统能够更精确地控制电机的工作状态和输出。
二、永磁同步电机的工作原理与特性永磁同步电机由定子和转子两部分组成，其工作原理基于电磁感应定律和安培环路定律。
转子上的永磁体产生恒定磁场，而通过调节定子电流产生的磁场与转子磁场同步，从而驱动电机转动。
PMSM具有高效率、高转矩/质量比和高速度等特点，且能在宽广的调速范围内运行。
三、矢量控制系统的基本原理与优势矢量控制技术是现代电机控制的核心技术之一。
它通过精确控制电机的电流和电压，实现对电机转矩的精确控制。
与传统的标量控制相比，矢量控制具有更高的控制精度和更好的动态响应性能。
在永磁同步电机中应用矢量控制技术可以大大提高电机的效率和输出转矩性能。
四、永磁同步电机矢量控制系统的设计与实现本节将详细描述矢量控制系统设计的各个环节，包括硬件设计、软件算法以及整体系统架构的设计。
在硬件设计部分，包括电机的选择、驱动器的设计以及传感器配置等；在软件算法部分，将详细介绍矢量控制的算法原理和实现过程；在整体系统架构设计部分，将讨论如何将硬件与软件相结合，形成一个高效稳定的控制系统。
五、系统性能分析与优化本节将通过实验数据和仿真结果来分析系统的性能表现，并针对可能存在的问题进行优化。
我们将通过对比优化前后的系统性能指标（如响应速度、稳态误差等），来验证优化措施的有效性。
【精品】永磁同步电机矢量控制仿真
永磁同步电动机矢量控制仿真1．前言随着微电子和电力电子技术的飞速发展,越来越多的交流伺服系统采用了数字信号处理器(DSP)和智能功率模块(IPM),从而实现了从模拟控制到数字控制的转变。
空间矢量PWM调制,它具有线性范围宽,高次谐波少,易于数字实现等优点,在新型的驱动器中得到了普遍应用。
永磁同步电机(PMSM)具有较高的运行效率、较高的转矩密度、转动惯量小、转矩脉动小、可高速运行等特点,在诸如高性能机床进给控制、位置控制、机器人等领域PMSM得到了广泛的应用。
近几年来,国内外学者将空间矢量脉宽调制算法应用于永磁同步电机控制中,并取得了一定的成就。
同时,永磁同步电机交流变频调速系统发展也很快,已成为调速系统的主要研究和发展对象。
数字仿真技术一直是交流调速系统分析计算的有用工具。
但随着对PMSM控制技术要求的提高,空间矢量PWM控制系统成为首选方案。
本文对其进行MATLABSIMULINK下仿真,并给出了仿真结果。
2．永磁同步电动机矢量控制原理矢量控制的目的是为了改善转矩控制性能，而最终实施仍然是落实到对定子电流（交流量）的控制上。
由于在定子侧的各个物理量，包括电压、电流、电动势、磁动势等等，都是交流量，其空间矢量在空间以同步转速旋转，调节、控制和计算都不是很方便。
因此，需要借助于坐标变换，使得各个物理量从静止坐标系转换到同步旋转坐标系，然后，站在同步旋转坐标系上进行观察，电动机的各个空间矢量都变成了静止矢量，在同步坐标系上的各个空间矢量就都变成了直流量，可以根据转矩公式的几种形式，找到转矩和被控矢量的各个分量之间的关系，实时的计算出转矩控制所需要的被控矢量的各个分量值，即直流给定量。
按照这些给定量进行实时控制，就可以达到直流电动机的控制性能。
由于这些直流给定量在物理上是不存在的，是虚构的，因此，还必须再经过坐标的逆变换过程，从旋转坐标系回到静止坐标系，把上述的直流给定量变换成实际的交流给定量，在三相定子坐标系上对交流量进行控制，使其实际值等于给定值。
永磁同步电机矢量控制系统仿真研究
总第329期2017年第3期计算机与数字工程Computer &• Digital EngineeringVol.45 No.3459永磁同步电机矢量控制系统仿真研究|郎宝华1康标1孙鲁艳2(1.西安工业大学电子信息工程学院西安710021) (2.西北工业集团有限公司西安710043)摘要矢量控制是永磁同步电机控制系统中非常重要的一种控制方式，通过分析永磁同步电机数学模型和矢量控 制原理的基础上，采用Matlab/Smulmk搭建永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型，对PMSM矢量控制系统进行仿真和 实验分析，经过比较仿真结果和实验结果证明该仿真模型的有效性以及控制算法的正确性，为永磁同步电机控制系统设计 和调试提供了理论基础。
关键词永磁同步电机；矢量控制；Matlab/Simulink仿真中图分类号TP273 DOI：10. 3969/j. issa 1672-9722. 2017. 03. OilSimulation of PMSM Vector Control SystemLANG Baohua1KANG Biao1SUN Luyan2(1. School of Electronic Information Engineering，Xi’an Technological University，Xi’an 710021)(2. Northwest Industrial Group Co. , Ltd, Xi’an 710043)Abstract Vector control of permanent magnet synchronous motor control system is very important in a controlled manner, by analyzing the mathematical model and the permanent magnet synchronous motor vector control theory, Matlab/Simu- lation is used to build a simulation model of PMSM vector control system, PMSM vector control system is simulated and experimentally analyzed, by comparison simulation and experimental results demonstrate the validity of the simulation model and correctness of the control algorithm, a theoretical bosis is provided for permanent magnet synchronous motor control system design and commissioning.KeyWords PMSM, vector control, Matlab/Simulink simulationClass Number TP273i引言近些年来，随着电力电子技术及微电子技术的 快速发展，新型电机控制理论的不断涌现，稀土永 磁材料性能的大幅度提高和价格的降低，各种交流 7欠磁同步电动机伺服系统成为交流伺服系统的主 流。
永磁同步电机矢量控制系统仿真
理 论与设 计
咖
永磁 同步 电机 矢量控 制 系统 仿真
陈永 超 李汉 强
武汉理工大学 （３ ０ ３ ４０６ ）
Ｖｅ ｔ ｒＣ ｎ ｒ ｌ ｆ ｅ ｍ ａ ｅ ｔ ａ ｎ ｔＳ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓＭ ｏ ｏ Ｐ Ｓ ） ｃ ｏ ｏ ｔｏ ｒ ｎ ｎ ｇ ｅ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｔ ｒ（ Ｍ Ｍ ｏ Ｐ Ｍ
Ｐ Ｍ。 ＭＳ 为建立其数学模型 ， 设： 假
（ ） 略 电机铁 心 的磁 饱 和 ； １忽 （ ） 计 电机 中 的涡 流 损耗 与 磁滞 损 耗 ： ２不
・１ ６・ ２ ０ ０ ６年 第 １期 《 机 技 术》 电
图 １ ｄｑ ＭＳ 模 犁 －轴Ｐ Ｍ
将ｄｑ —轴下 的电机 模型 进行 封装 ， 将 空间矢 并
３ 电流可 控
逆变器
逆 变器 选用 全 控型 电力 电子器 件 Ｉ Ｂ 它必 Ｇ Ｔ，
电动机在ｄ 轴 的模型为： ｑ
ｌ＝ ｄ 。 ｉ＋ＬｄＰ ｒ ｄ Ｖ ｄ Ｗｉ 啪 ｑ
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ｎ ｎ ｇ ｅ ｙ ｃ ｒｎ ｕ ｔｒ ＭＳ ） ｓｎｒｄ ｃ ｄ ｅｔ Ｍａ ｎ ｔ ｎ ｈｏ ｏ ｓ Ｓ Ｍｏｏ（ Ｐ Ｍ ｉ ｉｔ ｕ ｅ ． ｏ
Ｔｈ ｎｕ ｉｇ Ｍ ａｌｂ Ｓ ｍ ｕｉｋ。 ｉ ｌｔｏ ｏ ｅ ｏ ｈ ｅ ｓｎ ｔ ／ ｉ ｌｎ ａｓｍｕ ａｉ ｎｍ ｄ ｌｆ ｒｔ ｅ ａ
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ｌ 引言
随着 电力 电子技术的发展和器件价格 的降 低， 人们越来越多地 以变频 电源和Ａ Ｃ电动机组成 交流调速系统代替Ｄ 电动机调速系统。 Ｃ 在交流 电 动机中，ＭＳ Ｐ Ｍ以其体积小、 重量轻、 效率高、 转子
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题目1：永磁同步电机双闭环矢量控制系统仿真
一．实验目的
．加深理解永磁同步电机矢量控制系统的工作原理1．掌握永磁同步电机驱动系统仿真分析方法2
二．实验要求：
1.永磁同步电机双闭环控制系统建模
2.电流控制器设计
3.电流环动态跟随性能仿真实验
4.转速控制器设计
5.转速环抗负载扰动性能仿真实验
6.给出仿真实验结果与理论分析结果的对比及结论
三．预习内容
注：以下所有找不到的器件均可以通过搜索框搜索
Simulink的启动在MATLAB中键入>>Simulink，进入Simulink library，2014版本的可直接点击MATLAB界面上的Simulink library，在Simulink界面上选择
File->New->Model。
如图1所示：
图1 Simulink界面
拖入空白文件作为转速)阶跃函数step(将source一级标题下点击Simulink在．给定，也可用两个ramp函数相减，使转速缓慢达到预定转速，如图2：
图2 转速给定
在Simulink一级标题下点击Ports & Subsystems 选择Subsystem放入空白文件并双击，删除In1和Out1的连线，如图3：
图3 子函数模块
选择Simulink>Continuous下的integrator、Simulink>discontinuous下的Saturation、Simulink>math operation下的gain和Add，连好线后保存并返回，作为PI调节器，其中saturation可设置上下限为100和-100，如图4：
图4 PI子函数模块设置
此PI调节器输出结果作为Iq的电流给定，同样方法得到一个PI调节器，输出结果作为电压给定，并设置saturation上下限为380和-380，Simulink下math operation选择sum双击并修改第二个“+”为“-”，如图5：
图5 转速和电流反馈PI调节
选择Simulink>Ports & Subsystems下的Subsystem 拖入并双击进入子系统，并添加2个In1和1个Out1如图6：
图6 接口模块
Simulink>math operation 下选择Trigonometric Function、Product、Subtract、Add 加入文件，设置好后保存并退出，作为逆Park变换，如图7：
图7 反Park变换
再生成一个PI调节器，作为d轴电流调节器，Simulink>source中选择constant 并设置为0，如图8：
图8 静止坐标系电压生
svpwm模块建立过程过于复杂，可参考文献[1][2]，只列出总体框图如图9和图10，其中Ts为开关周期，Udc为直流母线电压。
图9 SVPWM生成结构
图10 SVPWM生成模块
三相桥模块：早期版本MATLAB选择SimPowerSystems>specialized Technology>Power Electronics 文件下的Universal Bridge（ATTENTION：这一步不在Simulink一级标题下，往下寻找）, 2014 版本在Simscape> SimPowerSystems>
找不到可以在搜索框中Technology>Power Electronics,
输入对应器件名称搜索。
直流母线电压源：SimPowerSystems>specialized Technology>Electrical sources
选择DC voltage source，电压设置为530V，如图11：
图11 三相桥模块
添加PM电机模块：SimPowerSystems>specialized Technology>Machines 选择Permanent Magnet Synchronous Motor, 在添加Step信号作为转矩输入，暂时设置为0，如图12：
图12 PMSM电机模块设置
选择Simulink>Signal routing下的Bus selector，PMSM上的m连接到Bus selector 上的输入端，双击Bus selector, 选择Signals in the bus下的项，点击中间的select，可以全部添加。
如图13：
图13 输出参数设置
输Bus selector将，3双击将数字改为Mux, 下的Simulink>Signal routing选择
出端的A BC相电流连接到Mux的输入端，如图，并选择simulink>Sink添加示波器Scope观测电流, 如果需要查看波形的FFT，双击scope>parameters>history, 去掉limit data point to last并勾选save data to workspace如图14:
图14电流解耦
Clark变换：simulink>Ports & Subsystems选择Subsystem，双击进入添加Mux 和DeMux，user-defined Functions 选择Fcn, 其中Iabc为三相电流，设置如图15：
图15 Clark变换参数设置
Park变换：Clark变换的输出Ia、Ib和电机的theta角作为park变换的输入，所示：16设置如图Function模块，其中Mux需要添
加．
图16 park变换参数设置
双击点击模型,点击parameter选项,根据设置的电机极对数选择对电机转子输出
的机械角度乘以极对数得到电角度,如图17红色圈所示.电机为感性负载,Clark电流变换的角度有90°相位差,所以需要减去90度.
Simscape>SimpowerSystem>specialized Technology选择powergui添加到仿真图中，最终仿真图如图17所示：
图17 总体框图
仿真参数设置Simulation>model configuration parameters，仿真步长可以设置为
定步长或者变步长，定步长，此处设置为开关周期的一百分之一即1/600000，
变步长可以设置最大步长为开关周期的百分之一，在不同步长情况下查看仿真
结:
果
仿真参数设置图18
如果仿真过程中出现Data logging exceeded available memory，可以在示波器parameters中的参数，limit to last选项后的勾去掉，或者修改图18中仿真步长。
若要添加转矩反馈，可以添加在电流反馈环之前。
调整转速PI参数看看结果变化。
以上得到了最简易的电路图,反馈的转速单位为rad/s，给定转速单位若为r/min，需要在反馈的转速乘以30/pi。
线电压显示：simpower下面找到voltage measurement 添加三个到电路图，+端连接三相桥的A 相，“-”连接三相桥的B相，其余两个分别连接B-C，C-A。
相电压显示：将三相桥的直流电压给定分为两个，中间接地ground，A B C相通过voltage measurement 与ground相减连接示波器即可，如图19：
图19 实验电路全图（可加测相电压）
四．实验报告要求：
1．对电机驱动系统的转速、电流、电压等仿真波形进行分析。
．研究转速和电流调节器参数对驱动系统动态性能的影响。
2．
参考文献：
[1] 范心明. 基于SIMULINK的SVPWM仿真[J]. 电气传动自动化, 2009,03:19-21+34.
[2] SVPWM的原理及法则推导和控制算法详解
0．。