同步电动机矢量控制
汽车永磁同步电动机控制方法
汽车永磁同步电动机控制方法大家好呀！今天咱就来好好唠唠汽车永磁同步电动机的控制方法这事儿。
汽车永磁同步电动机可是汽车动力系统里的关键家伙，控制好了它，那汽车的性能就能更上一层楼啦。
下面咱就来具体看看有哪些控制方法哈。
一、矢量控制法。
矢量控制法就像是给电动机装上了一个超级智能的导航系统。
它的核心思路呢，就是把电动机的电流分解成两个部分，一个是用来产生磁场的励磁电流，另一个是用来产生转矩的转矩电流。
这样一来，咱就可以像控制两个独立的变量一样，对电动机的磁场和转矩进行精准的控制啦。
比如说，当汽车需要加速的时候，咱就可以通过调整转矩电流，让电动机输出更大的转矩，让汽车“嗖”地一下就跑起来。
而当汽车在高速行驶的时候呢，咱可以适当调整励磁电流，让电动机的磁场更稳定，这样汽车就能更平稳地跑啦。
这种控制方法的优点就是控制精度高，响应速度快，就像给汽车装上了一双敏锐的眼睛和一双灵活的脚，让它能根据不同的路况和驾驶需求做出快速准确的反应。
不过呢，矢量控制法也有它的小缺点。
它对电动机的参数依赖性比较强，如果电动机的参数发生了变化，比如说因为温度升高导致电阻变化了，那控制效果可能就会受到一些影响。
这就好比导航系统的地图数据不准确了，那导航可能就会出点小岔子。
所以在实际应用中，咱还得经常对电动机的参数进行监测和修正，确保矢量控制法能一直发挥出它的最佳效果。
二、直接转矩控制法。
直接转矩控制法呢，就像是一个直来直往的实干家。
它直接对电动机的转矩和磁通进行控制，不需要像矢量控制法那样进行复杂的坐标变换。
这种控制方法的优点就是结构简单，动态响应快。
想象一下，当汽车突然遇到一个陡坡需要爬坡的时候，直接转矩控制法就能迅速地调整电动机的转矩，让汽车轻松地爬上坡去，就像一个大力士一样。
而且它的控制算法相对简单，实现起来也比较容易，成本也比较低。
这对于汽车制造商来说，可是个不小的优势呢。
但是呢，直接转矩控制法也有它的不足之处。
它的转矩脉动比较大，就好像汽车在行驶过程中会时不时地抖一下，这会影响到汽车的乘坐舒适性。
三相永磁同步电机(PMSM)矢量控制建模与仿真
目录1 引言 (1)1.1 课题的背景与意义 (1)1.1.1 课题背景 (1)1.1.2 课题意义 (1)1.2 永磁电机发展概况 (1)2 机电能量转换和拉格朗日方程 (2)2.1 机电能量转换 (2)2.2 三相同步电机电磁转矩 (7)2.3 拉格朗日方程 (9)3 三相永磁同步电机的数学模型 (11)3.1 三相PMSM的基本数学模型 (11)3.2 三相PMSM的坐标变换 (13)3.2.1 Clark变换 (13)3.2.2 Park变换 (14)3.3 同步旋转坐标系下PMSM的数学模型 (14)4 三相永磁同步电机的矢量控制 (16)4.1 转速环PI调节器的参数整定 (16)4.2 电流环PI调节器的参数整定 (17)4.3 三相PMSM矢量控制系统的仿真 (19)4.3.1 仿真建模 (19)4.3.2 仿真结果分析 (22)总结 (23)参考文献 (23)三相永磁同步电机矢量控制建模与仿真摘要：永磁同步电机具有体积小、效率和功率因数高等优点，因此越来越多的应用在各种功率等级的场合。
永磁同步电机的控制是永磁同步电机应用的关键技术，永磁同步电机的结构特点使得采用矢量控制系统有很大的优势。
本文首先分析了永磁同步电机矢量控制的发展概况，然后从机电能量转换的角度出发，解释三相永磁同步电机的机电能量转换原理，推导拉格朗日运动方程。
此外，列写出永磁同步电机在三相静止坐标系和dq坐标系下的数学模型。
基于Simulink建立了转速电流双闭环矢量控制系统的仿真模型，通过对仿真结果分析，验证了永磁同步电机矢量控制系统性能的优越性。
关键词：永磁同步电机，矢量控制，Simulink1 引言1.1 课题的背景与意义1.1.1 课题背景交流电机的控制性能在磁场定向矢量控制技术提出后才有了质的飞跃。
磁场定向矢量控制技术采用的是励磁电流和转矩电流的解稱控制，兼顾磁场和转矩的控制，克服了交流电机自身耦合的缺点。
详解永磁同步电机矢量控制
永磁同步电机矢量控制
由于永磁同步电机(PMSM)在诸多方面的优势，在控制领域引起了极大的兴趣。
矢量控制的基本思想[4-5]是在普通的三相交流电动机上设法模拟直流电动机转矩控制的规律。
按磁场定向坐标,将电流矢量分解成产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量,并使两分量互相垂直,彼此独立,然后分别进行调节。
这样交流电动机的转矩控制。
从原理和特性上就和直流电动机相似了。
矢量控制的目的是为了改善转矩控制性能．而最终仍然是对定子电流的控制。
由于在定子侧的各物理量,如电压、电流、电动势、磁动势都是交流量,其空间矢量在空间以同步转速旋转,调节和控制都不容易。
因此需要借助于坐标变换,使各物理量从静止坐标系转换到同步旋转坐标系,这时各空间矢量就都变成了直流量。
电流矢量分解成产生磁通的励磁电流分量i d和产生转矩的转矩电流分量i q,如图2所示,这样转矩和被控量定子电流之间的关系就一目了然。
图2.转矩和被控量定子电流之间的关系
永磁同步电机的矢量控制系统由四部分组成：1．位置、速度检测模块；2．速度环,电流环PI控制器；3．坐标变换模块；4．SVPWM模块和逆变模块。
控制过程为：速度给定信号指令与检测到的转子速度相比较,经速度控制器的调节,输出I指令信号(电流控制器得给定信号)。
同时,经过坐标变换后,定子反馈的三相电流变为i d,i q,通过电流控制器使：i d=0,i q与给定的i∗q相比较后,经过电流调节器的输出为d,q轴的电压,经Park逆变换后为α、β电压。
通过SVPWM模块输出六路PWM驱动IGBT．产生可变频率和幅值的三相正弦电流输入电机定子。
永磁同步电机矢量控制
2.电压空间矢量PWM 的基本原理交流电动机输入三相正弦电流的最终目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩，将逆变器与电动机视为一个整体，以圆形磁场为目标来控制逆变器工作，这种控制方法称作“磁链跟踪控制”，磁链轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空间矢量实现的。
与直接的SPWM 技术相比，SVPWM 算法的优点主要有：1、SVPWM 优化谐波程度高，消除谐波效果好，可以提高电压利用率。
2、SVPWM 算法提高了电机的动态响应速度，同时减小了电机的转矩脉动。
3、SVPWM 比较适合于数字化控制系统。
如图1所示，A 、B 、C 分别表示在空间静止的电动机定子三相绕组的轴线,他们在空间上互差2π⁄3，三相定子相电压u a 、u b 、u c 分别加在三相绕组上，可以定义三个定子电压空间矢量U A (t)、U B (t)、U C (t),他们在时间上互差2π⁄3，并且在各自轴线上按正弦规律变化。
U A (t )=U m cos (ωt )U B (t )=U m cos(ωt−2π/3)U C (t )=U m cos(ωt +2π/3)A(e j 0)图2.1 电压空间矢量可以得到三相电压合成矢量为：U s =U A (t )+U B (t )e i2π/3+U C (t )e −i2π/3=32U m e ωt+π/2 从上式中可以看出，电压空间矢量U s 是以角速度ω逆时针旋转的一个电压矢量，其幅值为相电压幅值的1.5倍。
又当电动机转速较高时，由定子电阻所引起的压降可以忽略不计，则定子合成电压与合成磁链空间矢量之间的关系可以写为：u s =dψsdt当电动机有三相平衡正弦电压供电时，电动机定子磁链幅值恒定，其空间矢量以恒速旋转，磁链矢量顶端的运动轨迹为圆形。
将ψs =ψs e iωt+iφ代入上式可以得到u s =ωψs e i(ωt+φ+π/2)由上式知u s 的方向与磁链矢量ψs 正交，当磁链矢量在空间旋转一周时，电压矢量也连续的按磁链圆的切线方向运动2π弧度，因此电机旋转磁场轨迹问题可以转化为电压空间矢量的运动轨迹问题。
永磁同步交流电机矢量控制系统的离散模型与连续模型
永磁同步交流电机矢量控制系统的离散模型与连续模型摘要本文主要探讨了永磁同步交流电机（P MSM）矢量控制系统的离散模型与连续模型。
首先介绍了PM SM的基本原理和矢量控制的背景，然后详细讲解了P MS M的离散模型和连续模型的建立方法，并给出了具体的数学公式和推导过程。
最后通过仿真实例对比了离散模型和连续模型之间的性能差异，验证了模型的有效性。
1.引言随着现代工业的发展和对高性能电机的需求，永磁同步交流电机成为了越来越重要的一种电机类型。
矢量控制是目前最常用的永磁同步电机控制方法之一，它通过精确控制电机的电流和转子位置，实现了电机的高效能运行。
在矢量控制系统中，离散模型和连续模型是两种常见的模型表示方法，本文将对它们进行详细介绍和比较。
2.永磁同步交流电机的基本原理和矢量控制背景2.1永磁同步交流电机的基本原理永磁同步交流电机是一种利用永磁体产生磁场，与电动机转子上的磁场进行交互作用，从而实现转矩输出的电机。
它具有高效率、高功率密度和响应速度快等特点，广泛应用于工业领域。
2.2矢量控制背景矢量控制是控制电机转子磁场和电流矢量，使得电机具有类似直流电机的性质，从而实现高效率和高性能的控制方法。
通过矢量控制，可以实现电机转速和转矩的精确控制，提高电机的响应速度和运行效率。
3.离散模型的建立3.1离散模型的基本原理离散模型是将连续时间系统转化为离散时间系统的一种模型表示方法。
对于永磁同步交流电机的离散模型，我们需要确定离散化的采样周期和采样时间间隔。
3.2离散模型的建立方法通过对永磁同步交流电机的连续模型进行数学推导和离散化处理，可以得到其离散模型。
离散模型包括转子位置和速度估计等关键参数，它们是实现矢量控制的基础。
4.连续模型的建立4.1连续模型的基本原理连续模型是对永磁同步交流电机系统在连续时间范围内的一种精确描述。
通过对电机的物理特性和运动方程进行建模，可以得到其连续模型。
4.2连续模型的建立方法利用电机的动态方程和瞬时功率平衡方程，可以推导出永磁同步交流电机的连续模型。
永磁同步电动机矢量控制
永磁同步电动机矢量控制永磁同步电动机是一种新型的高性能电机，具有高效率、高功率密度、高转矩密度等特点，在工业和交通领域有广泛应用。
矢量控制是一种高级的控制方法，可以实现电机的高精度运行和性能优化。
本文将介绍永磁同步电动机矢量控制的结构和方法。
永磁同步电动机的结构包括永磁转子、定子绕组和控制器等几个部分。
永磁转子由永磁体和转子绕组组成，永磁体产生一个恒定的磁场，而转子绕组用于传导电流。
定子绕组是通过变频器提供的三相电流激励，产生旋转磁场。
控制器则根据电机的位置、速度和负载要求等信息，调节电机的电流和控制策略，实现对电机的控制。
永磁同步电动机的矢量控制方法主要包括电流控制、转子磁链观测、速度和位置估算等几个步骤。
电流控制是通过控制器提供的电流指令，调节电机的电流大小和相位，使电机的磁场与转子磁场同步，实现最大力矩输出。
转子磁链观测则通过计算电机的电流与磁场之间的关系，实时估算转子的磁链大小和位置，用于后续的控制。
速度和位置估算则是通过测量电机的转子位置和速度，采用信号处理和滤波算法，推算出电机的实际运行状态，用于控制器的反馈。
在矢量控制中，还可以应用一些高级控制技术，如预测控制、自适应控制和模型预测控制等，以进一步提高电机的性能和动态响应。
预测控制通过模型预测电机的状态和负载要求，优化控制策略，实现最佳性能。
自适应控制则是通过实时调节控制器的参数，使控制器能够适应电机的变化，提高控制性能。
模型预测控制则是通过建立电机的动态数学模型，预测未来一段时间的状态和输出，以实现最佳的控制性能。
综上所述，永磁同步电动机矢量控制是一种高级的电机控制方法，能够实现对电机的高精度控制和性能优化。
通过控制电机的电流和磁场，在不同的工况下实现最大力矩输出和高效能运行。
未来，随着控制算法和硬件技术的不断发展，永磁同步电动机矢量控制在各个领域将有更广泛的应用。
永磁同步电机的控制方法
永磁同步电机的控制方法
永磁同步电机是一种常见的电动机型号，具有高效、能耗低等优点，在不少领域广泛应用，如空调、洗衣机、汽车等。
为了使电机工作更加稳定、可靠，需要对其进行控制，本文将介绍几种常见的永磁同步电机控制方法。
一、矢量控制方法
矢量控制方法也称为矢量调速，是对永磁同步电机进行控制的一种较为复杂的方法。
通过对电机的磁场和电流进行精细控制，可以实现电机速度和转矩的精准调节。
具体实现时，需要提取电机转子位置，进行磁场定向控制。
二、直接转矩控制方法
直接转矩控制方法是对电机电流进行直接调节的方法，可以实现对电机转矩的调节。
该方法操作简单，但控制效果较为粗糙，容易造成电机振动和噪音。
三、电压向量控制方法
电压向量控制方法通过调节电机的电压和相位，控制电机的速度和转矩。
该方法比直接转矩控制方法更加精准，但控制难度较大，计算量较大。
四、滑模控制方法
滑模控制方法是近年来发展的一种新型控制方法，可以实现低成本、高效率的电机控制。
该方法借助滑模变量实现对电机转速和转矩的控制，具有控制精度高、响应速度快等优点。
五、解析控制方法
解析控制方法也是近年来发展的一种新型控制方法，该方法是通过解
析电机的动态特性，设计控制器实现对电机的精准控制。
该方法适用于大功率电机控制，但计算量较大，难度较高。
以上是几种常见的永磁同步电机控制方法，不同的方法具有不同的特点和适用范围，需要根据实际情况选择合适的控制方法。
随着科技进步和工业发展，永磁同步电机控制技术也将不断进步和发展。
永磁同步电机的矢量控制原理
永磁同步电机的矢量控制原理
交流永磁同步电机采用的是正弦波供电方式，它可以消除方波电流突变带来的转矩脉动，其运行稳，动，静态特性好，但控制也比无刷直流电机复杂，需要采用矢量控制技术。
正弦波和方波的区别在于正弦波电流的瞬时值随相位变化。
交流永磁同步电动机的理
想状态是使定子绕组的电流在转子磁场强度最大的位置达到最大，从而使电动机在相同的
输入电流下获得最大的输出转矩。
为了实现这一目标，必须同时控制定子电流的幅值和相位。
振幅和相位构成电流矢量，因此这种控制称为“矢量控制”。
为了对交流电机实施矢量控制，首先需要建立电机的数学模型。
根据矢量控制的理论，交流永磁同步电机的数学模型可以按照以下步骤建立。
① 将三相定子电流合成为统一的合成电流。
②将定子合成电流分解为两相正交流电，完成电流的3-2变换。
③ 将定子坐标系中的两相正交流电转换为定子坐标系。
④ 转子坐标系下的定子电流
平衡方程。
⑤根据转子磁场与定子电流的正交分量建立电机的运行方程。
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March 21, 2020
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1. 磁链方程
A =LAAiA LABiB LACiC LAf if LADiD LAQiQ
B =LBAiA
LBBiB
LBCiC
LBf if
LBDiD
LBQiQ
8.1.1 励磁同步电动机的特点
同步电动机与异步电动机之间主要差别：
60
（1）定子电源的频率与同步电动机的转速之间存在着确定的关系 n1 p f1 。 （2）同步电动机可以在任何功率因数（超前、滞后或者1）下运行。 （3）励磁同步电动机的转子可能为凸极或隐极结构，在分析时不得不采用双反应原理。 （4）励磁同步电动机电磁关系变得十分复杂。
q
图8-2 凸极同步电动机的单位面积气隙磁导
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设 为转子直轴与定子A相轴线间的夹角，仿照异步电动机中自感的定义方法， 励磁凸极同步电动机三相定子绕组的自感为
LAA Ls0 Ls2 cos2
LBB Ls0 Ls2 cos2( 120o)
uPψRi
（8-14）
式中，u s 和u r 分别为定、转子绕组的电压列矩阵；u 为整个
电机的电压列矩阵；R s 和R r 为定、转子绕组的电阻矩阵；R
为整个电机的电阻矩阵。
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3. 转矩方程 参照异步电动机电磁转矩的推导方法，得
T
p
LDC LQC
LDf 0
LDD 0
0 LQQ
iD iQ
或
ψs ψr
=
Ls Lrs
Lsr is
Lr
ir
或
ψ Li
(8-2)
（8-3） （8-4）
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2.电压方程 同步电动机定子三相绕组的电压方程为：
uA
R siA
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8.1.2 在ABC坐标系下的数学模型
q B
iQ
图8-1是凸极励磁同步电机的示意 图。
N
按照电动机惯例规定的正方向， 可列出ABC坐标系下同步电动机
1.磁链方程
iD
S
d
if
A
2.电压方程 3.转矩方程。
C
图8-1 是凸极励磁同步电机的示意图
LCC Ls0 Ls2 cos2( 120o)
（8-6）
励磁凸极同步电动机三相定子绕组之间的互感为
LAB LBC
LBA LCB
LLm m00LLm m22ccooss22(120o)
LCALAC Lm0Lm2cos2(120o)
（8-7）
上式中， Ls0 为电感的恒定分量， Ls2 为电感的二次谐波幅。
用矩阵形式表示时，可以写成
A LAA LAB LAC LAf LAD LAQ iA
B
LBA
LBB
LBC
LBf
LBD
LBQ
iB
C f
LCA L fA
LCB L fB
LCC L fC
LCf L ff
LCD
LCQ
iC
LfD 0 if
D Q
LDA LQA
LDB LQB
LBD
LDB
LsD
cos(
120o
)
LCD
LDC
LsD
cos(
120o
)
( 8-9)
LAQ LBQ
LQA LQB
LsQ LsQ
sin sin(
120o
)
LCQ
LQC
LsQ
sin(
120o
)
（8-10）
式中， Lsf 、 LsD 、 LsQ 分别为定子一相绕组与转子各绕组间互感的幅值。 由于转子励磁绕组与阻尼绕组同在转子上，相互之间保持相对静止，且
下面先对定、转子绕组的自感和互感进行定
义：
q轴
d轴
q轴
对于理想的凸极同步电动机，以直轴作
为坐标原点O时，在距离原点的 电角
度处，单位面积的气隙磁导 可以表示为
O
m m 0 m 2co s2（8-5）
m2
式中， m 0 为气隙磁导的平均值； m 2 为气隙磁导的二次谐波幅值。
m0
d
1 2
iA2
LAA
1 2
iB2
LBB
1 2
iC2
LCC
iAiB
LAB
iBiC
LBC
iCiA
LCA
p iAif
LAf
iBif
LBf
iCif
LCf
iAiD
LAD
iBiD
LBDΒιβλιοθήκη iCiDLCDd A
dt
式 为中定R 子s，u每A、 相u的B、 电u阻C分。别为定子各相的端电压；u B
R siB
d B dt
uC
R siC
d C dt
励磁绕组和阻尼绕组的电压方程为：
式中，u f 为励磁绕组所加的电压；阻尼绕 组自身为短路，故其端电0；R f 、R D 、R Q 分别为励磁绕组和直轴、交轴阻尼绕组 的电阻。
第8部分 同步电动机矢量控制系统
March 21, 2020
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简介
• 8.1 励磁同步电动机数学模型 • 8.2 励磁同步电动机矢量控制 • 8.3 永磁同步电动机矢量控制 • 8.4 同步电动机转子位置检测
8.1 励磁同步电动机数学模型
• 8.1.1 励磁同步电动机的特点 • 8.1.2 在ABC坐标系下的数学模型 • 8.1.3 在d q坐标系下的数学模型
C =LCAiA LCBiB LCCiC LCf if LCDiD LCQiQ
f LfAiA LfBiB LfCiC Lff if LfDiD
(8-1)
D LDAiA LDBiB LDCiC LDf i f LDDiD
Q LQAiA LQBiB LQCiC LQQiQ
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若气隙磁场呈正弦分布，则定子绕组与转子励磁绕组、直轴阻尼绕组、 交轴阻尼绕组之间的互感为
LAf LBf
LfA LfB
Lsf Lsf
cos cos(
120o
)
LCf
LfC
Lsf
cos(
120o
)
（8-8）
LAD LDA LsD cos
uf
R fif
d f dt
0
R D iD
d D dt
0
R Q iQ
d Q dt
(8-11) (8-12)
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写成矩阵形式。定义微分算子 P = d ，则有
dt
us ur
Rsis Rrir
Pψs Pψr
（8-13）
或