永磁同步电机的矢量控制及仿真吴敏

永磁同步电机的矢量控制及仿真吴敏

吴敏孟江南

（湖南工业大学电气与信息工程学院湖南株洲412000）

摘要：为了实现对永磁同步电机的有效控制，建立了基于MATLAB中SIMULINK平台上的仿真模型，提出了基于id=0控制策略的永磁同步电机矢量控制方法。首先分析矢量控制原理，其次利用SIMULINK搭建系统模块进行仿真。最后对仿真结果进行分析，仿真结果表明系统有很好的动态和静态性能，并且有很好的抗干扰能力。

关键词：永磁同步电机；矢量控制；仿真

1.引言

永磁同步电机因其控制性能比其他电机优越，在日常生活中应用极为广泛。由于我国在永磁体稀土方面的资源极为丰富，这就使研究永磁同步电机的控制显得十分重要[1]。永磁同步电机的矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、可进行大范围调速或定位控制，因此永磁同步电机矢量控制系统引起了国内外学者的广泛关注[2]。论文对永磁同步电机的矢量控制原理进行了分析。在此基础上，对永磁同步电机在有速度传感器条件下的矢量控制策略进行了研究并仿真，为实际系统的设计与实现提供新思路。

2.永磁同步电机矢量控制原理

永磁同步电机在旋转dq坐标系中的电压方程为：

图1矢量控制原理框图

从原理框图可以看出，d轴采用id*=0的控制策略，给定的转子参考速度和测量得到的转子速度经过速度PI调节控制器计算得到q轴的参考电流iq*，此时，从电机采样得到的定子三相电流iA、iB、iC首先经过CLARKE变换再经过PARK变换得到同步旋转坐标系下的电流iq和id，参考电流与iq、id经过电流调节控制器比较输出dq轴下的参考电压ud*和uq*，ud*和uq*再经过PARK逆变换得到两相静止坐标系下的电压ud和uq，空间矢量脉宽调制（SVPWM）模块控制逆变器中IGBT的开关时间就通过这对电压来驱动，从而输出幅值和频率可变的三相对称正弦波电流来驱动电机。矢量控制通过位置传感器实际测量的转子位置角度计算出三相定子绕组电压的相位来产生相应的旋转磁场，这样就可以更加精确地控制电机的转动，从而减小负载变化对电机产生的扰动，进而得到在同样的电流下产生最优的转矩。而且，通过转子的位置信息求出瞬时转速，然后通过一个负反馈对其进行补偿，可以更加稳定的实现对电机的控制。

结果显示，仿真波形与理论相符，系统速度响应较快，速度随转矩变化的幅度不大，抗干扰能力和动、静态性能强。从仿真波形可得到：

（1）系统在带负载情况下启动时，电机以最大转矩启动，速度快速达到设定值，当负载改变时，系统仍能稳定运行，稳态误差很小；

（2）当负载转矩增大时，三相定子电流增大，使得id增大，这与理论分析完全一致。

（3）负载不同时，磁链幅值保持恒定，三相电流保持正弦波形，速度稳定运行与设定值，表明矢量控制策略可以很好的实现对永磁同步电机的控制。

验证了永磁同步电机矢量控制具有启动快、过载能力强和良好的调速特性。

4.结语

本文在永磁同步电机的数学模型上，运用坐标变换和电压空间矢量脉宽调制实现了对永磁同步电机的矢量控制，并在MATLAB的SIMULINK平台上对系统进行了仿真，得出了永磁同步电机矢量控制的系统实现方法。

参考文献：

[1]雷波.永磁同步电机控制策略研究及仿真[D].湖北：武汉理工大学，2008.

[2]王春民.MATLAB/SIMULINK永磁同步电机矢量控制系统仿真[J].吉林大学学报，2009，（1）：17-22.

作者简介：

吴敏（1993—），女（汉族），湖南长沙，硕士生，主要研究方向：永磁同步电机高效驱动控制技术。