基于SIMULINK的永磁无刷直流电动机及控制系统的建模与仿真
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。
永磁同步电动机矢量控制调速系统建模与仿真
永磁同步电动机矢量控制调速系统建模与仿真第1章引言随着电动机在社会生产中的广泛应用，电机研究成为必不可少的研究课题。
电动机是生产和生活中最常见的设备之一，电动机一般分为直流电动机和交流电动机两大类。
交流电动机的诞生已经有一百多年的历史。
交流电动机又分为同步电动机和感应(异步)电动机两大类。
直流电动机的转速容易控制和调节，在额定转速以下，保持励磁电流恒定，通过改变电枢电压的方法实现恒转矩调速；在额定转速以上，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。
20世纪80年代以前，在变速传动领域，直流调速一直占据主导电位。
随着交流调速技术的发展使交流电机的应用更加广泛，但是其转矩控制性能却不如直流电机。
因此如何使交流电机的静态控制性能与直流系统相媲美，一直是交流电机的研究方向。
1971年，由F．Blaschke提出的矢量控制理论第一次使交流电机控制理论获得了质的飞跃。
矢量控制采用了矢量变换的方法，通过把交流电机的磁通与转矩的控制解耦使交流电机的控制类似于直流电动机。
矢量控制方法在实现过程中需要复杂的坐标变换，而且对电机的参数依赖性较大。
矢量控制的基本思想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，在磁场定向坐标上，将电流矢量分解成为产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量，并使得两个分量互相垂直，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。
永磁同步电机（PMSM）采用高能永磁体为转子，具有低惯性、快响应、高功率密度、低损耗、高效率等优点，成为了高精度、微进给伺服系统的最佳执行机构之一。
永磁同步电机构成的永磁交流伺服系统已经向数字化方向发展，因此如何建立有效的仿真模型具有十分重要的意义。
对于在Simulink中进行永磁同步电机（PMSM）建模仿真方法的研究已经受到广泛关注。
第2章 电压空间矢量技术的基本原理PWM 控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲序列，并通过控制电压脉冲宽度或周期以达到变频、调压及减少谐波含量的一种控制技术。
Simulink的控制系统建模与仿真
变量延迟模块
Variable Transport Delay
与可变时间延迟模块相似。 7
非连续模块组（Discontinuities）
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非连续模块组的模块及功能介绍
名称
饱和模块 Saturation
死区模块 Dead Zone 动态死区模块 Dead Zone Dynamic 磁滞回环模块 Backlash 滞环继电模块
离散零极点增益模块 Discrete Zero-Pole
离散状态空间模块 Discrete State-Space
一阶保持器模块 First-Order Hold
零阶保持器模块 Zero-Older Hold
实现数字滤波器的数学模型。
实现零极点增益形式脉冲传递函数模型 。 实现离散状态空间模型。
实现一阶保持器。
脉冲信号输出。
斜坡信号输出。
正弦波信号输出。
阶跃信号输出。
随机数输出。
连续仿真时钟；在每一仿真步输 出当前仿真时间。 离散仿真时钟；在指定的采样间 隔内输出仿真时间。
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信宿模块组（Sinks）
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信宿模块组的模块及功能介绍
名称
输出端口模块 Out1
示波器模块 Scope
X-Y示波器模块 XY Graph
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输出端口模块 ut1
示波器模块 Scope
求和模块 Sum
饱和模块 Saturation
积分模块 Integrator
子系统模块 Subsystems
单位延迟模块 Unit Delay
标准输出端口；生成子系统或作为模型的 输出端口。 显示实时信号。
实现代数求和；与ADD模块功能相同。
实现饱和特性；可设置线性段宽度。
用于EPS的无刷直流电机控制系统的Simulink建模与仿真
用于EPS 的无刷直流电机控制系统的S imulink 建模与仿真王寿峰,张孝祖,郑荣良(江苏大学汽车与交通工程学院,江苏镇江 212013)摘要:在介绍了采用无刷直流电机的电动助力转向系统,并建立相应电机数学模型的基础之上,利用M atlab /S i m uli nk 中的S i m Po w erSys t e m s 工具箱以及S 函数等搭建了无刷直流电机电流单闭环控制系统的仿真模型,并对该模型进行了仿真分析。
根据仿真结果,该模型满足理论分析,能够获得良好的各相绕组的电流曲线、反电动势曲线、转速曲线和转矩曲线等,可以用于进一步对电动助力转向系统的研究。
关键词:电动助力转向(EPS);无刷直流电机;Sm i uli n k ;仿真中图分类号:T M 33;U463.4 文献标识码:A 文章编号:1006-0006(2010)03-0023-04S m i ul a ti o n of B rushl e ss DC Mot or Contro l Syst e mf or EPS Based on S m i uli n kWANG Shou feng,Z HANG X iao zu,Z HE NG R ong liang(Jiangsu U n i ve rsity ,Zhenji ang 212013,Ch i na)Abstr ac:t E lectr ic po w er steer i ng(EP S)syste m w it h brushless DC m o t o r i s i ntroduced ,and ma t he m a tica lm ode l f o rbrush l ess DC mo tor is establi shed .Based on above ana l ys i s ,si ng le closed loop contro l syste m of brush l ess DC m otor is presen ted us i ng S i m Pow erSyste m s too l box and S functi on i n M atlab /S i m uli nk .Th is s i m u l ation m ode l i s ope rated ,and s i m u l a tion resu lts a re analyzed .Si m ulati on results show tha t t he m ode l can m eet t he de m and o f t heoretica l analysis .Current response curv e ,back E M F (E l ectromo ti ve F orce)response curve ,speed response curve as we ll as to rque response curve can be m onitored and ana lyzed .It is an easy t o design too l f o r analysis o f EPS syste m.Key wor ds :E lectr i c pow er stee ri ng(EPS);B rushless DC mo tor(BLDC M );Si m u li nk ;S i m ulati on1 引言为保证汽车在转向时获得良好的助力及回正等性能,动力转向系统得到了广泛的应用,从最初的液压助力转向系统(H PS ),到电控液压助力转向系统(EH PS ),再到现在的电动助力转向系统(EPS)。
基于永磁同步电机的无刷直流电机建模仿真
３ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
１ ０ ０ ０ ７ ２；
河南 柴油机 重 工有 限责任公 司 技 术 中心 ， 河南 洛阳 ４ ７ １ ０ ０ ３）
摘
要 ：以无刷直流电机的 内部结构和数学模型为基础 ， 提 出一种基 于 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ模块库中永磁
同步 电机 （ Ｐ Ｍ Ｓ Ｍ） 模块 的无刷 直流 电机 （ Ｂ Ｌ Ｄ Ｃ Ｍ） 建模 与仿 真新方 法。在 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ中， 通过建 立独 立功能模块 ， 并结 合 Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ模 块 库下 Ｐ Ｍ Ｓ Ｍ 模 块 和 通 用 电桥 模 块 等 ， 对 该 模 块 进行 有 机 整 合 ， 搭建 出 Ｂ Ｌ Ｄ Ｃ Ｍ 系统仿真模 型。该模 型采用 双闭环控 制 ， 外 环为速度 环 ， 采用 Ｐ Ｉ 控制 ， 以稳定 转速和抗 负载扰 动 ； 内 环为电流环 ， 以稳定 电流 。仿真结果证 明， 采用 Ｐ ＭＳ Ｍ仿 真 Ｂ Ｌ Ｄ Ｃ Ｍ， 在建模 过程 中具有简 洁高效且模 型更加 精确 的优 点 ， 此模型 为改进其他控制算法提供 了建模仿 真基础 。
ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｏ ｕ ｓ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ （ Ｐ ＭＳ Ｍ） ｗ ａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ．Ｉ ｎ Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ ，ｔ ｈ ｅ ｉ ｓ ｏ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ｓ ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ
ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｂ Ｌ ＤＣ Ｍ ｉ ｎ ＭＡ Ｔ Ｌ ＡＢ ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｒ ｙ ｏ ｆ ｐ ｅ ｒ ｍａ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ
永磁直流电动机的Simulink建模仿真教学
永磁直流电动机的Simulink建模仿真教学打开文本图片集【摘要】“电机及其系统的计算机仿真”是电气工程及其自动化专业的一门重要课程，根据电机的基本结构建立数学模型并构建仿真模型是一种基本功训练。
本文选择最简单的电机—永磁直流电动机作为研究对象，根据他的等效电路建立瞬态数学模型，利用MATLAB软件中的动态仿真工具Simulink模块库中的功能模块，构建其仿真模型。
给出了永磁直流电动机最基本的五种仿真模型。
通过实例仿真计算，验证了建模方法的正确性和有效性。
【关键词】永磁直流电动机；数学模型；仿真模型；MATLAB/ Simulink 【Abstract】“Electrical machinery and system’s computer simulation”is a professional electrical engineering and automation of an important subject，according to the basic structure of the motor establishment of mathematical model and simulation model is a basic skills training. In this paper，the selection of the most simple motor - permanent magnet DC motor for the study，according to his equivalent circuit establishment of the transient mathematical model，using dynamic library module simulation tool Simulink functional modules in MATLAB software，to build the simulation model. Permanent magnet DC motor is given five basic simulation model. Through the example simulation computation，has confirmed the modelling method accuracy and the validity.【Key words】PMDC motor；Mathematical model；Simulation model；MATLAB/Simulink0 引言“电机及其系统的计算机仿真”是电气工程及其自动化专业的一门重要课程，掌握这门课程的基本内容对相当一部分学生顺利完成毕业设计论文是非常有帮助的。
无刷直流电机的建模与仿真
无刷直流电机的建模与仿真摘要：该文在分析无刷直流电机（bldcm）数学模型和工作原理的基础上，利用matlab软件的simulink和psb模块，搭建无刷直流电机及整个控制系统的仿真模型。
该bldcm控制系统的构建采用双闭环控制方法，其中的电流环采用滞环电流跟踪pwm，速度环采用pi控制。
仿真和试验分析结果证明了本文所采用方法的有效性，同时也证明了验证其他电机控制算法合理性的适用性，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：bldcm控制系统；无刷直流电机；数学模型；matlab；电流滞环中图分类号： tp391 文献标识码：a 文章编号：1009-3044（2013）05-1172-03随着现代科技的不断发展，无刷直流电动机应用技术越发成熟，应用领域也越发广泛，用户对无刷直流电动机使用增多的同时，对其控制系统的设计要求也变得越来越高。
包括低廉的设计和搭建成本、短的开发周期、合适的控制算法、优良的控制性能等。
而科学合理的无刷直流电动机控制系统仿真模型的建立，对控制系统的直观分析、具体设计，快速检验控制算法，降低直流电机控制系统的设计成本，拥有十分重要的意义。
直流无刷电动机利用电子换向原理和高磁性材料，取代了传统的机械换相器和机械电刷，解决了有刷直流电动机换向器可维护性差和较差的可靠性的致命缺点，使得直流电动机的良好控制性能得到维持，直流电动机得到更好的应用。
伴随着如今功率集成电路技术和微电子技术的发展，控制领域相继出现了大量无刷直流电动机专用驱动和控制芯片，解决高性能无刷电动机驱动控制问题所提出的解决方案也变得更加丰富和科学，无刷直流电机在控制领域显示出前所未有的广阔应用前景[1]。
通过无刷直流电动机控制系统的仿真模型来检验各种控制算法，优化整个控制系统的方法，可以在短时间内得到能够达到预期效果的控制系统。
在对无刷直流电机电流滞环控制和数学模型等分析的基础之上，可以利用simulink中所提供的各种模块，构建出bldcm 控制系统的仿真模型，从而实现只利用simulink中的模块建立bldcm控制系统仿真模型。
基于simulink的永磁同步电机调速仿真
基于simulink的永磁同步电机调速仿真【摘要】建立了永磁同步电机的数学模型，采用空间矢量脉宽调制算法，在simulink软件环境下构建了永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型，实验表明基于转子磁场定向的矢量控制系统动静态性能较好。
【关键词】svpwm；PID控制；永磁同步电机1.引言随着新型永磁材料的广泛研究和应用和伺服控制技术的极大发展。
永磁同步电机（permanentmagnet synchronous motor，PMSM）具有功率密度大、转子损耗小、效率高等优点，已成为现代伺服系统的主流[1]。
矢量控制理论从根本上解决了交流电动机转矩的控制问题，具有电压利用率高、开关损耗小、电动机转矩波动小等特点。
因此，空间矢量脉宽调制技术（Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM）做为一种高性能的控制策略被广泛推广。
本文建立了PMSM的数学模型，同时借助matlab强大的仿真能力，构建了同步电机的矢量控制系统模型，并通过仿真进行验证。
2.PMSM的数学建模为了便于分析PMSM的数学模型及电磁转矩等特性。
假定：（1）磁饱和效应、涡流和磁滞损耗不计；（2）忽略齿槽、换相过程和电枢反应等的影响；（3）电机电流为对称的三相正弦波电流；（4）电枢绕组在定子内表面均匀连续分布；（5）忽略温度对电机的影响；（6）驱动二极管和续流二极管为理想元件[2]。
在上述假设的基础上，运用坐标变换理论便可得到dq0轴下PMSM的数学模型。
电压方程：（1）磁链方程：（2）转矩方程：（3）式中，、为d、q轴电压，、为d、q轴电流，、为d、q轴电感，为定子相电阻，为转子电角速度，为永磁体基波励磁磁场链过定子绕组的磁链，为微分算子，为极对数。
3.电压空间矢量脉宽调制原理电机输入三相正弦电压的最终目的是在空间产生圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。
直接针对这个目标，把逆变器和异步电机视为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制PWM电压，这样的控制方法称为“磁链跟踪控制”，磁链的轨迹是靠电压空间矢量相加得到的，所以又称“电压空间矢量PWM控制”[3]。