基于PMSM伺服系统的建模与仿真设计
基于模糊PI控制的PMSM位置伺服系统仿真
基于模糊PI 控制的P M S M 位置伺服系统仿真王 翔,马瑞卿,吉攀攀(西北工业大学自动化学院,西安 710072)摘 要:本文在分析了永磁同步电机(P MS M )数学模型的基础上,在M atlab 的S m i uli n k 环境下构建了隐极式永磁同步电机位置伺服系统的仿真模型。
控制系统采用经典的三闭环结构,其中电流环采用i d =0的矢量控制策略,速度环采用PI 控制,位置环采用模糊PI 自适应控制,自适应控制通过M atl a b 软件编程。
文中给出了系统各模块仿真模型的建立方法,并针对工程系统实际参数,进行了负载突加突卸时位置、速度和转矩瞬态过程仿真与分析。
结果表明,该系统抗干扰性好,能快速准确地跟踪位置及转速给定。
关键词:永磁同步电机;矢量控制;模糊控制;建模;仿真中图分类号:TM 351;TM 341 文献标志码:A 文章编号:1001-6848(2010)03-0052-04Si m ulation of P M S M Position Servo Syste m Based on Fuzzy PI ControlWANG X iang ,MA Ru-i q i n g ,JI Pan -pan(Schoo l o fAuto m ati o n ,N orthw estern PolytechnicalUn i v ersity ,X i an 710072,Ch i n a)Abst ract :In th is paper ,t h e m athe m atic m odel o f t h e per m anent m agnet synchronous m otor (P MSM )w as ana l y zed firs,t and then t h e si m u lation m ode l of the non -salien-t po le P M S M w as estab lished i n t h e si m uli n k o f theM atlab based on the m athe m atic m odel o f t h e P M S M.The con tro l syste m adoped the c las -sica l three -close -l o op str ucture .I n this con tro l syste m,the i d =0contro l strategy i n current loop and PI contro lw ere used i n speed loop ,and also the fuzzy PI contro l i n positi o n l o op w h i c h w as realized by pro -g ra mm i n g in theM a tlab .G i v en the w ay of estab lish i n g the si m ulink m odel o f every m odu le in theM atlab g i v en in t h is paper ,and the transient processes of positi o n ,speed and torque w ere si m ulated and ana -l y zed for t h e actua l para m eters o f syste m pro ject at the ti m e o f sudden l o ad -add /unload .The si m u lation resu lts ,show the syste m is of good ant-i i n terference and able to track t h e g iven positi o n and speed quick -l y and accurate l y .K ey W ords :Per m anen tm agnet synchronous m oto r (P M S M );V ector contro;l Fuzzy contro;l M ode-l i n g ;Si m u l a ti o n收稿日期:2008-12-290 引 言永磁同步电机(Per m anent M agnet Synchronous M otor ,P M S M )因具有高效率、高控制精度、高转矩密度、宽广的调速范围以及良好的转矩平稳性等一系列优点,在交流伺服控制系统中占有重要的地位[1],近年来随着稀土永磁材料、电力电子技术、微机技术及矢量控制技术的发展,永磁同步电机在国防、工业、民用的各个领域得到了越来越广泛的应用,如火炮瞄准、数控机床、电动汽车、电梯等[2]。
基于PMSM的伺服系统电流环的仿真
电流环的数学模型 ， 进行 了仿真 ， 到了相应 的仿 真波形 ， 得 验 证了整个 系统设计的正确性 ， 为其动态性 能和稳态性 能 以便
的分析提供依据 。
重合 ， 轴 超 前 Ａ 轴 ９。 ０；
对于两 相旋 转坐 标 系 ｄ一 图１ Ｍ Ｍ坐标系相对坐标关系 Ｐ ｓ ｑ ｄ轴跟单磁极 的 Ｎ极方 向相 同， ， 即和磁力线 的方向相 同， ｑ 轴超前 ｄ轴 ９ 。 ｏ 。从三相定子坐标系 Ａ— Ｂ—Ｃ变换 到两相静 止坐标系 一 称为 Ｃａｋ 卢， ｌ ｅ变换 。两 相静止 坐标 系（ 卢） ｒ 仅一 向两相旋 转坐标 系（ ｄ—ｑ 的转换称为 Ｐ ｒ ） ａｋ变换 。最终 得到 三相 永磁 同步 电机在转子 ｄＯ坐标系统下转矩方程和 电压方 ｑ 程基本方程为 ：
关键 ￣ ｉ Ｍ Ｍ： 电流环 Ｓ Ｐ Ｍａａ／ｉ ｉＩ 伺 服 系统 Ⅱ ｂＳ ｈ（ ０ － ＿ ０
－ －
＿
－
中图分类号：Ｐ ￣． Ｔ ２４６
文献标识码 ： Ａ 文 章编号： ０ ６８ （００ ｏ — Ｏ ｔ ２－ ８６ ２１ｌ４ ０ ｊ０ ｏ 】 ２
Ｔｈ ｉ ｌ ｔ ｎ ｏ ｒ ｅ ｔＬｏ ｐ Ｂａ ｅ ｎ Ｐ Ｓ ｅ Ｓ ｍｕ ａ ｉ ｆ Ｃｕ ｒ ｎ ｏ ｓ ｄ ｏ Ｍ Ｍ ｏ
＋
） ０ 一
（） １
（） ２
定子绕组 三相对称 ， 各相绕组 的轴 线在空间上互 差 １０ 电角 ２。 度 ；）忽略铁心饱 和 、 ２ 不计 涡流和磁滞 损耗 ； ）永磁材料 的 ３
“ ＝ Ｒｉ ｃ ｌ
ｆ、
Ｌ ）＋∞（Ｊ ＋Ｌ ￣ ） ， ｉ ｓ
电导率为零 ； 相 绕组 中感应 电动势 波形是 正弦波 圳 。这 ４ ）
PMSM调速系统SVPWM控制的建模仿真[1]
![PMSM调速系统SVPWM控制的建模仿真[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/279561c689eb172ded63b7c4.png)
2 SVPWM 控制原理
整个控制系统的核心就是 PWM 控制器 , 它以 一定规律控制逆变器开关器件的通断状态将参考 电压变成一定频率和幅值的脉冲序列 , 实现对电机 的控制 ,并能有效地抑制和消除谐波 , 因此研究高 性能的 PWM 控制技术十分关键 。
SVPWM 也称磁通正弦 PWM 法
扇区号
Ⅱ
Ⅵ
Ⅰ
Ⅳ
Ⅲ
Ⅴ
m , p = 4; 逆变器直流母线电压 U dc = 300 V , 载波频
2
3. 1. 3 基本矢量作用时间计算
率为 2 kHz。空载启动 ,转速给定为 100 rad / s,在 0.
1 s时加入负载转矩 5 N ・m ,仿真时间为 0. 3 s。
基本矢量作用时间按照下式来计算 ,式中 Ts 是 逆变器开关周期 , U dc为逆变器直流母线电压 。
8 个导通状态 ,包括 6 个非零矢量 (称作基本电压矢
量 )和 2 个零矢量 ,这些电压矢量如图 3 所示 , 它们 在圆周空间呈均匀分布 。因此为了使逆变器输出 的电压矢量接近圆形 , 必须对这 8 种基本电压矢量 进行时间组合 ,例如当电压矢量位于图 3 所示的 Ⅰ 区时 ,用相邻的基本电压矢量合成 :
,它是以对称
模块 、 矢量切换点计算模块 、 PWM 波形生成模块 。
3. 1 SVPWM 模型算法 3. 1. 1 3 s/2 r坐标变换 3 s/2 s模块将三相参考电压变换为两相静止参
三相正弦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 逼近这个基准圆磁通 , 由两者的比较结果决定逆变
3u α ) TS / 2U dc
( 7)
脉动 ,而 SVPWM 方式则能较好的对转矩脉动进行 抑制 ,运用到实际中可更有效地降低机械系统的 振动 。
基于模糊控制策略的PMSM随动系统设计及仿真
ｓｒ ｔ ｇ ｎ ｄ ａ ｉ ｇ ｗｉｈ ｎ ｎ ｌ ｅ ｒａ ｄ ｅ ｔ ｒ ａ ｉｔ ｒ ａ ｃ ｓ ｓ ｐ ｒｏ ｏ ｔ ｅ ｔａ ｉｉ ｎ ｌＰ Ｄ ｏ ｔｏ ． ｔａ ｅ ｙ ｉ ｅ ｌ ｔ ｏ —ｉ ａ ｎ ｘ ｅ ｎ ｌｄ ｓ ｕ ｂ ｎ ｅ ｉ ｕ ｅ ｉ ｒｔ ｈ ｒ ｄ ｔ ａ Ｉ ｃ ｎ ｒ １ ｎ ｎ ｏ
Ｂ ｓ ｄｏ ｕ ｚ ｎ ｒ ｌ ｒ ａ ｅ ｎ Ｆ ｚ ｙＣｏ ｔ ｌ ｏｅ
ＧＡＯ ａ － ｕ ， Ｔｉ ｎ ｙ ＺＨＡＮＧ ｕ ， Ｊ ｎ‘ ＺＨＡＮＧ ｎ ， Ｌｏ ＨＥ ｎｇ ， Ｙｏ ＺＡＩＳ ａ － ｈ ｎ ｈｕ ｎｇ Ｓ ｅ ｇ
（ ． ｃｏｌ ｆ ｃ ａｉ ｌ ｎｉｅｒ ｇＮａｊ ｇ ｉｅｓｙ ｆ ｃ ｎｅ Ｔ ｃｎ ｌｇ ， ａｊ ｇ １０ ４ ｈｎ ； １Ｓｈ ｏ ｏ Ｍｅｈ ｎｃ ｇｎｅｉ ， ｎ ｎ ｖｒｉ ｉ ｃ ＆ ｅｈ ｏ ｙＮ ｎ ｎ ０ ９ ｉａ ａＥ ｎ ｉ Ｕｎ ｔｏ Ｓ ｅ ｏ ｉ ２ Ｃ
此许多人提 出了使用人工智 能、专家系统神经 网络 、模 糊控 制等策 略。在这 些策略 中 ， 模糊 控制可 以视 作具有
一
个非线性环 节 的变 系数控制 ， 因而其稳础 。 在 设 计 伺 服 系统 中 ，使 用 ＭＡＴＬ ／ ｉ ｌ ｋ对其方案进行验证和仿真 ， ＡＢ Ｓ ｍｕ ｉ ｎ 将大大
基于矢量控制的PMSM位置伺服系统电流滞环控制仿真分析
点) 位置对正弦波进行采样时 ,由阶梯波与三角波 的交点所确定的脉宽 ,在一个载波周期 (即采样周 期) 内的位置是对称的 ,这种方法称为对称规则采 样 。该方式可以使得输出的电压较非对称采样规 则高 ,同时使微处理器工作量减少 。
图 4 电流滞环跟踪控制电流波形示意图
3. 2 三角载波比较方式的电流滞环控制 采用三角载波比较方式基本原理是 :把指令
2 PMSM 位置伺服系统矢量控制 方案
建立 PMSM 及其驱动器的传递函数 。以凸
19
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
电气传动 2006 年 第 36 卷 第 6 期
基于矢量控制的 PMSM 位置伺服系统电流滞环控制仿真分析
装式转子结构的 PMSM 为对象 ,在假设磁路不饱
和 ,不计磁滞和涡流损耗影响 ,空间磁场呈正弦分
布的条件下 ,当永磁同步电机转子为圆筒形 ( L d
= L q = L ) ,摩擦系数 B = 0 , 得 d , q 坐标系上永磁
电气传动 2006 年 第 36 卷 第 6 期
输出正电平 ,驱动上桥臂功率开关器件 S1 导通 , 此时逆变器输出正电压 , 使实际电流增大 。当实 际电流增大到与给定电流相等时 , 滞环控制器仍 保持正电平输出 , S1 保持导通 , 使实际电流继续 增大直到达到 ia = iaref + h , 使滞环翻转 , 滞环控制 器输出负电平 ,关断 S1 ,并经延时后驱动 S4 。
Abstract :Hysteresis2band current2co nt rol scheme of PMSM po sition servo system based o n vector co nt rol is analyzed deeply. For t he sake of high2performance current2loop in po sitio n servo system , we st udied general hysteresis2band current2cont rol and t riangular carrier wave hysteresis2band current2cont rol. Simulatio n models of t he two mode are build in Matlab , by t he simulatio n analysis , we can know t hat general hysteresis2band cur2 rent2cont rol will seriously influence o n performance of system , and triangular carrier wave hysteresis2band cur2 rent2cont rol can be used for good cont rol perfo rmance. When t riangular carrier wave hysteresis2band current2 co nt rol is used , analytical result s are good agreement wit h t he simulation result s , and t he result s can p rovide t heoretical basis fo r t he design of servo system.
基于转子磁场定向控制的PMSM伺服系统建模仿真
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ａ ｅ ｏ ｅ ｍａｈ ｍａ ｉａ ｄ ｌ ｆ ｓｒ ｃ ：ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ，ｂ ｓ ｎ ｔ ｔ ｅ ｔ ｌｍｏ ｅ ｈ ｃ ｏ
系统 仿真 模 型 。位 置 环 和速 度 环 采 用 经 典 的 Ｐ 控 Ｉ 制， 电流环 采用 转 子 磁 场 定 向矢 量 控 制 。仿 真 模 拟 了 电机 速度 伺 服和 位 置 伺 服 系 统 的 启 动 、 行 和 制 运 动的 全 过 程 。仿 真 结 果 表 明 ： 电 机 模 型 符 合 该
（ ｏｔｗ ｓ ｒ ｏ ｔ ｈ ｉａ Ｕ ｉ ｒ ｔ， ｉｎ７ ￣ ７ ，Ｃ ｉａ Ｎ ｒ ｅｔ ｎＰ ｌ ｅ ｎｃｌ ｎｖ ｓ ｙ Ｘ ｈ １ ２ ｈｎ ） ｈ ｅ ｙｃ ｅｉ
摘 要： 在分析永磁 同步 电动机 （ ＭＳ 数学 模 型的基 Ｐ Ｍ）
和 电流 环三 环组 成 。本 文在 分析 永磁 同步 电机数 学
ｔ ｒｆ ｌ ｒ ｎ ｅ ｅ ｔｒ ｃ ｎ ｒ ｌ ｓ ｓｅ ｍｏ ｅ ｈ ｓ ｂ ｅ ｓａ — ｏ ｅｄ ｏ ｅ ｔｄ ｖ ｃｏ ｏ ｔ ｙ ｔｍ ｄ ｌ ａ ｅ ｎ ｅ ｔ ｂ ｉ ｉ ｏ ｌ ｈ ｄ Ｉ ｈ ｐ ｅ ｌｏ ｓ ｏ ｏ ｔ ｌｓ ｓｅ ｔ Ｉｃ ｎｒ ｌ ｒ ｒ ｉ ｅ ． ｎ ｔ ｅ ｔ ｌ ｐ ｆｃ ｎｒ ｙ ｔ ｍ，ｗｏＰ ｏ ｔ ｌ ｓａ ｅ ｓ ｉ ｒ ｏ ｏ ｏｅ ａ ｏ ｔｄ ｉ ｈ ｐ ｅ ｄ ｐ ｓｔ ｎ ｌ ｐ， ｔｔ ｒｆ ｌ ｄ ｐ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓ ｅ ｄ ａ ｏ ｉ ｏ ｏ ｎ ｉ ａ ｓａ ｏ ｅ ｄ— ｏ ｅ ｔ ｄ ｉ ｉ ｒ ｎｅ ｖ ｃｏ ｏ ｔ ｌ ｒｉ ａ ｏ ｔ ｄ ｉ ｈ ｕ ｒ ｎ ｏ ｐ ｉ ｒ ｅ ｏ ｔ ｌ ｅ ｔｒｃ ｎ ｒ ｌ ｓ ｄ ｐ ｅ ｎ ｔ ｅ ｃ ｒｅ ｔ ｏ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｃ ｎ ｒ ｏｅ ｌ ｏ ｏ ｈ ｏ ｑ ｅ ｉ ｓ ａ ｅ ｕ ． ｈ ｉ ｌｔ ｄ ｌ ｈ ｏｅ ｐ ｔ ｅ ｔｒ ｕ ｎ ｔ ｔｎ ｏ ｓ Ｔ ｅ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｍｏ ｅｓ ｔｅ ｗｈ ｌ ｒ — ｎ ａ ｏ ｏ ｃ ｓｉ ｎ ｏ ｏ ｓ ｎ ｒ ｕ ｔｒｉ ｇ ｎ ａ ａ ｌ ｏ ｒｒ ｎ ｉｇ， ｎ ｅ ｓｏ ｆ ｎ ｔ ｔ ｏ ｑ ｅ ｓ ｔ ，ｉ ｖ ｒ ｂ ｅｐ ｗｅ ｎ ｎ ａ ｄ ｃ ａ ｔ ａ ｎ ｉ ｕ ｉ ｖ ｒｅ ｔｒ ｕ ｒ ｋ ｎ ｎ ｈ ｉ ｌｔ ｎ ｒ ｓ ｌ ｒａ ｉｅ ｏ ｉ ｏ ｎ ｅ ｏ ｑ ｅ ｂ ａ ｉｇ ａ ｄ ｔｅ ｓｍｕ ａｉ ｅ ｕ ｔ ｅ ｚ ｓｐ ｓｔ ｎ ｓ ｏ ｌ ｉ
基于神经网络预测控制的PMSM伺服系统的仿真研究
基于神经网络预测控制的PMSM伺服系统的仿真研究王群京,殷伟,姜卫东,王安邦(合肥工业大学电气工程与自动化学院,安徽合肥230009) 摘要:在PMSM 伺服系统中,电机大多采用的是矢量控制,参数的变化、负载扰动等因素对系统的稳定性、可控性影响较大。
现有的控制策略大多是滞后的,无法根据未来动态行为产生理想电机电压输入。
提出了一种基于神经网络的PWM 预测控制方法。
采用离线训练和在线修正的方法,获得PMSM 神经网络模型,并在控制过程中修正模型。
最优控制器根据该模型的输入、输出响应产生合适的电压波形。
在Matlab/Sim 2ulink 环境下完成仿真,结果表明,较之PI 控制器,神经网络预测控制具有更好的动态性能和鲁棒性。
关键词:神经网络;预测控制;永磁同步电机;伺服系统中图分类号:TP273 文献标识码:ASimulation of Predictive Control B ased ANN for PMSM Servo SystemWAN G Qun 2jing ,YIN Wei ,J IAN G Wei 2dong ,WAN G An 2bang(School of Elect rical Engineering &A utomation ,Hef ei Universit y of Technolog y ,Hef ei 230009,A nhui ,China )Abstract :In servo system driven by permanent magnet synchronous motor (PMSM ),the control strategy of motor is vector control mostly.Parameter vibration ,disturb of load torque have remarkable influence on dy 2namic character of motor.Because of lagging of control strategy ,controller can ′t produce ideal output by using characteristic of motor.Predictive control strategy based artificial neural networks ,was proposed for PMSM servo system.The architecture and parameter are acquired by learning offline and modification online.It can be used to predict characteristic of PMSM.Optimal controller can produce more ideal output waveform by using input &output of neural networks of PMSM.The control method is verified by simulation based matlab &Simulink.The results of simulation indicate that predictive based ANN has better characteristic and robust ,compared with traditional control strategy.K ey w ords :neural networks ;predictive control ;permanent magnet synchronous motor (PMSM );servo system 作者简介:王群京(1960-),男,博士,教授,Email :wqunjing @ 对于由PMSM 构成的伺服系统,国内外的大量学者做了卓有成效的研究工作。
PMSM伺服控制系统仿真分析
2020年4月22日星期三
3.3.1 PWM控制原理(6)
• 对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM波形，因 此正弦波一个完整周期的等效PWM波为：
Ud
O
ωt
Ud -U d
• 根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的PWM波，而 且这种方式在实际应用中更为广泛。
Ud
O wt
--U d
3.3.1 PWM控制原理(7)
• PWM波形可等效的各种波形
–直流斩波电路 –SPWM波
直流波形 正弦波形
基于“面积等效原理”
–等效成其他所需波形，如:
所需波形
等效的PWM波
3.3.2 PWM控制技术
• 目前中小功率的逆变电路几乎都采用PWM技 术
• 逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用场 合
• PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种 ， 目前实用的PWM逆变电路几乎都是电压 型电路
3.3.2 PWM控制技术
1、计算法
•根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算 PWM 波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通 断，就可得到所需PWM波形 •本法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化 时，结果都要变化
2、调制法
•把希望输出的波形作调制信号，通过对此信号波的调制 得到所期望的PWM波； • 采用等腰三角波或锯齿波作为载波，等腰三角波应用最多， 因其任一点的水平宽度和高度成线性关系且左右对称； • 载波与平缓变化的调制信号相交，在交点时刻控制器件通断 ，就得到宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合PWM的要求 ； •调制信号波为正弦波时，得到的就是SPWM波；调制信号 是其他所需波形时，也能得到等效的PWM波。
所谓控制系统的计算机仿真就是以控制系统的数学模型为基 础，借助计算机对控制系统的动态特性进行实验研究。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
６３
圈１０ ＰｗＭ驱动波形仿真模块
啦．１０ ＳｉｍｕＩａｔｉｏｎ ｒｒｌ（）ｄｕｌｃ ｏ¨’ｗＭ ｄｒｉｖｅ ｗａｖｅｈ）ｍ
２．３控制系统仿真模型
控制系统仿真模型除了由矢量控制模块、ＰｗＭ生成模块组成以外，还包含同步电机检测模块、功率 开关模块和ＰｌＬ）调节模块等，其中同步电机检测模块检测出的三相定子电流和电机转速经反馈后，形成 电流环和测速环的双闭环控制系统，如图１１．
ｑ删哪ｌｌｐ呻∞ｔ Ｆ蜒．９‰ｍｌａｔｉ∞ｎＩ）ｄｕｋ ｏｆ ｐ，ｗｅｒ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｄｅ“ｃｅ
功率开关器件开通分量通过与频率为１０ ｌ【｝七的调制三角波进行比较后，通过系统滞环比较产生６ 路ＰＷＭ调制驱动波形如图１０．
万方数据
（总第８５期）
基于Ｉ，ＭｓＭ伺服系统的建模与仿真设计（蒋明军等）
Ｘ＝Ｔｆ删＊００ｓ（日，＋２７０。）， ｙ＝Ｌ删＊ｃｏｓ（巩＋３３０。）， Ｚ＝Ｌ删＊００ｓ（口，＋２１０。），
建立的功率器件开通时间分量的仿真子模块模型如图６所示．
Ｗｂｒｋｓｐａｃｃ
圈６功率开关分萤仿其便块 ＦＩＢ．６ ＳｉｍｕＩａｔｉｏｎ ｎ划ｕｌｃ ｏｆ ｐａｗｅｒ州ｉｔｃ ｈｉｎＲ ｃｏｍｐｆｍｅｎｔ
系统仿真时，给定转速５００ ｒ／ｍｉｎ，控制系统的调制频率为１０ ｋＨｚ，在ｆ＝０时刻启动．负载扭矩ｔ ＝１．５ Ｎ·ｍ．图１２～图２０，图２２，图２４是各参鲢随时间ｆ（ｓ）变化的仿真图，纵坐标表示各仿真参缝，横
万方数据
坐标表示时间ｆ（ｓ）的变化。．
测试技术学报
斌 脚 罂 …
２０１１年第ｌ期
图１２定子三相电流
圈１６同步电机定子绕组线电压波形 Ｆ培．１６ Ｌｉ眦ｖ０Ｉｔ耀ｅ ｗａｖｅｆａｎｎ ｏｆ ｓｙｎｃｈ删１０曝ｍｏｔｏｒ ｓ协ｔｏｒ
圈１７电流反馈ｂ和ｆ。
啦．１７（）Ｉ咖ｔ矧ｂａｃｋ ０ ａｎｄ ｆ口
３．３系统仿真分析
１）从图１８和图１９控制系统的速度（ｒ／ｍｉｎ）随时间ｆ（ｓ）的输出曲线可以看出，交流同步电机由于机 械时间常数和电气时间常数很接近，系统运行时易产生振荡．因此，控制系统需加深度电流负反馈以减 少电机电气时间常数，避免控制系统振荡．但是如果电流反馈过深会造成控制系统动态响应变差．因此， 应根据实际系统进行反馈深度调节．
基于ｆ】ＭｓＭ伺服系统的建模与仿真设计（蒋明军等）
６５
蔼
．蕃
鼍
倒 蜃 型 恻
鼍
啦 趟 嘲
Ｈｇ．１８
圈１８无电流环的速度输出 Ｔｈｃ ｖｅｋ）ｃｉｔｙ ０ｕｔｐｕｔ ｏｆ ｌ∞ｐ ｎｏｎ－ｃｕｒｒｃｎｔ
碘 爝 蟋 删 罂 《
也 ｝盂
蜊 麓
田２０相电流滤波波形 ｎ墨．２０ Ｐｈａ鸵ｃｕｒｒ印ｔ ｆｉｌｌｅｒｉｎｇ ｗａｖｅｆｏｒｎｌ
２们１年第ｌ期
图７转子位置扇区仿真模块 ｎｇ．７ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｕＩｅ ｏｆ ｍｔｏｒ ｐ碱ｔｉｏｎ ｓｅｃｔｏｒ
圈８相邻基准向量比重计算仿真模块
ａｄｊ踟ｌ Ｆ蟾．８ Ｓｉｍｕ－ａｔｉｏｎ ｎ１０ｄｕｌｅ ｏｆ
ｂａ鸵ｖｅｃｔｏｒ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ睫ｌｃｕｌａｔｉ∞
圈９功率开关器件开通分量仿真模块
蒋明军，张学松，盖绍凤，刘 斌，苗秋实
（中国兵器工业２０ｌ所信息与控制技术部。北京１０００７２） 摘要： 在分析交流永磁同步电机数学模型的基础上，利用ＭＡＴＩＡＢ／ｓＩＭＵ ＬＩＮＫ设计出一种基于Ｓ、伊． ｗＭ变频调速系统的新型仿真模型，根据宅间矢量箅法的软件设计流程实现控制系统仿真．文中详细介绍 了交流同步电机仿真模型和各功能模块模型的设计方法以及在系统仿真过程中的算法没置和连续系统的离 散化设计．由仿真结果可见，系统在高、低速情况下都能平稳运行，控制系统具有良好的动、静态控制特性． 运用控制系统模型仿真为设计交流同步电机控制系统提供了有效的手段和工具。也为实际电机控制系统的 设计和调试提供了新的思路．
关键词： 交流永磁同步电机；变频调速；矢量控制；建模；仿真
中图分类号：ＴＪ３０３＋．８ 文献标识码：Ａ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７ｌ一７４４９．２０１１．０１．０ｌｌ
Ｍｏｄｅｌ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＰＭＳＭ Ｓｖｓｔｅｍ
Ｊ ＩＡＮＧ Ｍｉｎｇｊｕｎ，ＺＨＡＮＧ Ｘｕｅｓｏｎｇ，ＧＡｌ Ｓｈａｏｆｅｎｇ，ＬＩＵ Ｂｉｎ，ＭＩＡｏ Ｑｉｕｓｈｉ
·收稿日期：２０１０．（１６．２９ 作者简介：蒋ＨＪＩ军（１９７５．）．男，高［．主婴从事电机｜峨动‘ｊ交流ｆｌｆＪ服控制研究
万方数据
测试技术学报
２０１１年第ｌ期
的永磁同步电机调速系统的仿真，并分析系统闭环后的性能和动态响应．
１仿真系统的组成
仿真系统通过模拟速度信号源给出速度信号，信号经过旋转坐标变换与系统时间变量合成出空间电 流向量，此电流向量用于产生ＳＶＰＷＭ驱动波形驱动电机旋转，检测模块检测交流永磁同步电机的转子 空间角度、定子三相电流和电机转速并输出，通过定子相电流向量分解，计算出电机直轴和交轴电流分 量用于反馈形成电流闭环，通过检测电机速度输出形成速度闭环，通过调整ＰＩＤ整定参数和系统双闭环 控制参数，监测交流同步电机伺服系统的动态响应．
－ｐ
Ｖ２（ＯｌＯ）
Ｖ６（ＩｌＯ）
八一ⅧⅨ呻口一 Ｖｌ（００１）
Ｖ５（１０Ｉ）
，ｌ ｒ，
瓦＝ｕＩ
圈４正六边形磁链轨迹 Ｉ诹．４ Ｈｅ煳ｇ（ｍａｌ ｎｕｘ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ
豳５定子合成磁场 Ｈｇ．５ Ｓｙｎｔｈｅｔｉ∞Ｉ ｍａｇｎｃｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｓｔａｔｏｒ
为了方便求解功率开关器件的开通时间，可根据转子磁场与电机定子【，相绕组的夹角并引入调制 时间变量进行计算
（Ｎｏｖｅ一，Ｂｅｉｉｎｇ １０００７２．Ｃｈｉｍ） Ａｂｓｔ憎ｃｔ： Ｉｎ ｔｈｅ ａｎａＩｙｓｉｓ ｏｆ ｐｅｍｌａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ（ＰＭＳＭ）ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ，ａ ｎｅｗ
ｓｉｍｕＩａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＶＰＷＭ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ∞ｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＭＡＴＬ，ＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ， ａｃ００ｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒＯｃｅＳｓ ｏｆ ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ａｌｇｏ—ｔｈｍ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ∞ｎｔｒｏｌ ｓ”ｔｅｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｔａｉｌｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ＡＣ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｆｕｎｃｔｉｏｍｌ ｍｏｄｕｌｅ ｍ。ｄｅＩｓ，弱ｗｅｌｌ ａｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ Ｓｅｔｔｉｎｇ ａｎｄ ｄｉｓｃｒｅｔｉｚａｔｉｏｎ ｄ鹤ｉｇｎ ｏｆ∞ｎｔｉｎｕｏｕｓ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｃａｎ ｂｅ ｓｅｅｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｐｅｒａｔｅ ｓｔａｂｌｙ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ａｎｄ ｌｏｗ ｓｐｅｅｄ ｃＯｎ— ｄｉｔｉｏｎｓ，ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ９０。ｄ ｄｙｎａｍｉｃ ａｎｄ ｓｔａｔｉｃ ｃＯｎｔｒｏｌ ｆｅａｔｕｒｅＳ．Ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｍＤｄｅｌ ｓｉｍｕｌａ— ｔｉｏｎ ｐｍｖｉｄ豁ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅａｎｓ ａｎｄ ｔ∞ｌｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ／屺ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ００ｎｔｍＩ ｓｙｓｔｅｍ，ｂｕｔ ａｌＳｏ ｎｅｗ ｗａ”ｏｆ ｔｈｉｎｋｉｎｇ ｆｏｒ ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ∞ｎｔｒｏｌ ｓ”ｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｄｅｂｕｇ．
交轴给定
，，。———‘、、
速度给定
交轴ＰＩＤ调节 直轴ＰＩＤ调节
圉圉囤
高压电源 ｓⅥ，ｗＭ卜＿．１逆变电源卜—．叫同步电机
速度反馈
３／２变换ｈ—一电流反馈
检测模块
２ 系统建模
…举蠹客一＊…鲫 ｉ，Ｉ＝Ｉ—Ｐ＊∞，一Ｒ／Ｌ一腿／Ｌ Ｉ×ｌ ｉ。Ｉ＋Ｉ ｕ／Ｌ Ｉ，
ｌ∞，Ｊ 【－ ｏ
Ｐ’以／Ｌ
ｏ Ｊ 【＿∞，Ｊ ｜－一ｎ“ｊ
２）从图２０相电流（Ａ）滤波波形随时间￡（ｓ）变化可以看出，由于控制系统在低速运行时，定子电流 很小，由电流采样模块采样的电流波形畸变较大，因此，需要进行电流滤波，根据控制系统的额定转速 可知，电流的频率最大为９０ Ｈｚ，仿真系统进行了滤波设计如图２ｌ。滤波频率为５００ Ｈｚ．
万方数据
（总第８５期）
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＭＳＭ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ｖｅｃｔｏｒ∞ｎｔｍＩ；ｍｏｄｅｌ；硝ｍｕｌａｔｉｏｎ
交流永磁同步电机（Ｐｃｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ，ＰＭｓＭ）的特点是用永磁体取代电励磁式 电动机转子上的励磁绕组，以省去励磁线圈、滑环和电刷，具有结构简单、体积小、功率高、转矩电流比 高、转动惯量小、易于散热及维护等优点，己成为现代交流伺服控制系统的主流．
Ｆ龟．１２ Ｔｈｒｅｅ．ｐｈａ鸵ｃｕｒ姗ｔ ｏｆ ｓｔａｔｏｒ
６ 一 × ～ 蠢－ ● 制 厦 哥
圈１４功率开关器件导通时间
Ｆ豫．１４ Ｔｉ眦ｏｆ ｐａｗｃｒ洲ｉｔｃｈ堍ｄｅｖｉｃｅ（）ｐ咖ｅｄ
圈１３转子所处扇区 ｎｇ．１３ ｓｅｃｔｏｒｓ ｏｆｔｈｅ ｒｏｔｏｒ
圈１５相邻基准向量
№．１５删ａ唧ｔ ｂａ辩ｖｅｃｔｏｒ
交流永磁同步电机伺服系统仿真结果的准确性和实用性是系统仿真的关键．因此，系统建模的准确 性是系统仿真成败的关键．交流永磁同步电机的仿真模型呵以从ＳＩＭＵ ＬＩＮＫ模块库中直接涮用ＰＭｓＭ 模块．对于不同的永磁同步电机，需设置转子磁极对数、定子绕组、磁链等相关参数，对于模拟系统程序 算法的各功能子模块可以建立分别的子系统或Ｍ函数．对于连续系统仿真的离散化，其伺服系统仿真 的准确性依赖于所使用的仿真箅法．因此，我们选择系统离散的龙格库塔算法实现电压型逆变器供电下