永磁同步电机及其控制系统的仿真研究.pdf

浙江大学电气学院
硕士学位论文
永磁同步电机及其控制系统的仿真研究
姓名：黄碧霞
申请学位级别：硕士
专业：电机与电器
指导教师：陈阳生
20080801
摘要本文以永磁同步电机控制系统为研究对象，首先分析并建立了永磁同步电机随着永磁同步电机性能不断提高，在各种应用领域都具有广阔的前景和使用价值，因此对永磁同步电机及其控制系统的研究，具有实际意义和价值。基于三相静止坐标系的数学模型，在此基础上详细阐述了定子电流矢量的最优控制方式及电压空间矢量调制际醯脑怼⑹迪址绞剑⒗肧建立了永磁同步电机控制系统的仿真模型。其次，本文还针对三相逆变器的功率损耗进行分析，建立了简化的损耗模型。考虑到电机参数测量误差等因素可能引起调节器饱和，从而影响系统运行性能，提出了几种改进的弱磁补偿控制方式，包括电阻补偿、磁饱和补偿、参数误差补偿，并对这些控制方法进行仿真模拟验证。通过仿真，确认将其用于实际系统是基本可行的。最后，对系统进行仿真，确认所使用的控制策略在实际中具有可行性。同时利用现有的设备，对永磁同步电机进行相关实验测试，将实验数据和仿真结果进行比较，分析上述策略对永磁同步电机控制性能的影响。关键词：永磁同步电机，控制系统，仿真，鸷募扑悖钩浙江大学硕士学位论文
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第滦髀研究背景与意义永磁同步电机交流控制系统的研究现状与发展趋势电机具有结构简单、价格低廉、运行可靠、坚固耐用等，在工农业生产和Ｉ特殊的生产设备发展的需要，更促进了现代电伺服系统朝着高性能、智能化、柔．来磐降缁刂撇呗约蚪件，用以驱动相应设备缁魅搿⑹鼗驳的“机械电气装置”，主要由电动机作为一种机电能量转换装置，已经广泛的应用于国民经济的各个领域及人们的日常生活中。电动机主要有同步电机、直流电机、异步电机三种。直流电机的机械换向器不但结构复杂、价格昂贵，而且在运行中容易产生火花；异步活中得到极广泛的应用，但是其调速性能比较差，运行时必须从电网吸取滞后性无功功率使电网功率因素降低；而同步电机，特别是永磁同步电机，用永磁体代替了绕线式同步电动机转子中的励磁绕组，从而省去了励磁线圈、滑环、电刷，而且其体积小，控制系统相对简单，能够达到快速、准确的控制要求，具有效率和功率因素高等优点。近年来，随着永磁材料技术，电力电子技术，控制技术，传感器技术，大规模集成电路及计算机等相关技术的快速发展，永磁同步电机性能有了很大的提高，使得以永磁同步电机作为执行电机的高性能的永磁交流伺服系统应运而生，于是用交流伺服系统取代直流伺服系统的呼声越来越强烈，交流伺服系统已经成为电气传动控制的主要方向。另一方面，随着现代工业生产方式的日益自动化和复杂化，对现代伺服系统也提出了越来越高的性能要求和驱动要求，尤其是一些性化、数字化的方向发展，而永磁同步电机更是以其高效率、高转矩电流比及更宽的调速范围已日渐成为电伺服系统执行电动机的“主流”。因此研究和发展高性能电伺服系统代表的永磁同步电机交流伺服系统来满足精密数控机床、特种机器人等负载驱动的要求，具有重要的理论意义和实用价值。永磁同步电机交流驱动系统是指由永磁同步电动机作为驱动系统的执行元控制回路、逆变器、电机及相应反馈检测器件组成，常构成闭环形式，如图卜浙江大学硕上学位论文
一一日鵾丽卜—．电流控制，在电机输出相同转矩时，电机定子电流比采用‘控制时更小，这刂啤Ｕ庵址椒ㄗ钗<虻ィ刂频缁ㄗ拥缌魇噶课挥趃轴上，啊薄眑’浙江大学硕士学位论文置反馈
等人提出的白适应最小损耗控制器，通过有效调节徕实现减少功耗的目的。值，在增加釉电流分量同时相应减岬缌鞣至浚佣梢蕴岣咦U鬯俣龋持不变，在某一确定转速下，电机的电压极限椭圆上存在一点，该点对应的电流矢量使电机的输入功率最大。甅热颂岢隽舜疟ズ筒钩シ椒ㄢ幔攵酝辜接来磐降缁械拇疟ズ造成岬绺械难现乇浠隽讼咝圆钩ゲ呗裕籗悄芸刂啤０ㄉ窬缈刂疲：刂萍捌渌悄芸刂品椒ǎ芄统控制理论执刂评砺为基础的传统控制策略的“集成靡允迪郑⑽等。因此，结合控制理论新的发展，通过改进控制策略以提高控制器性能进而提刂萍际到了扩展电视运行区域的目的。畲笫涑龉β士刂啤Ｊ侵赣来磐降缁谌醮旁诵惺保缁说缪贡这些方法中，最大转矩电流控制和弱磁控制分别能够提供大转矩和扩展调速范围，适于很多场合中的应用。而且琂甅，甅【欢ぃ甅．奁诘热攵哉庑┓矫娴难芯浚彩沟谜庑┓椒ㄔ诶砺酆陀τ梅矫娑嫉玫搅发展。除此之外，许多学者也提出了一些特殊的方法和控制措施。例如，，甀．，瓵．同时，为了进一步提高控制性能和降低成本，人们也在不断探索先进的控制理论在永磁同步电机中的应用，如：W