基于MATLAB的永磁电机直接转矩控制与仿真.docVIP

目 录 1 绪论 １ 1.1 永磁同步电机直接转矩控制概述 １ 1.1.1 永磁同步电机的发展状况 １ 1.1.2 永磁同步电机直接转矩控制的研究热点 １ 1.2 直接转矩控制的特点 ２ 1.3 本文主要目的 ３ 1.4 本文内容安排 ３ 2 永磁同步电机及数学模型 ４ 2.1 永磁同步电机概述 ４ 2.2 永磁同步电机控制理论 ５ 2.2.1 坐标变换 ５ 2.2.2 永磁同步电机的基本控制方法 ６ 2.2.3 永磁同步电机的数学模型 ６ 3 永磁同步电机直接转矩控制的基本原理 ８ 3.1 电压矢量的概念 ８ 3.2 直接转矩控制的基本原理 ９ 3.3 控制系统结构 １０ 4 永磁同步电机直接转矩控制系统建模与仿真 １３ 4.1 设计思想 １３ 4.2 仿真工具的选择 １３ 4.3 MATLAB/SIMULINK简介 １３ 4.4 永磁同步电机直接转矩控制的建模 １５ 4.4.1 开关电压矢量表模块 １５ 4.4.2 逆变器与电机模块 １６ 4.4.3 3-2变换模块 １７ 4.4.4 磁链观测模块 １８ 4.4.5 磁链空间位置判断模块 １８ 4.4.6 磁链滞环与转矩滞环模块 １９ 4.4.7 系统仿真图 ２０ 5 系统仿真与结果分析 ２１ 5.1 系统参数设定 ２１ 5.2 系统仿真与结果分析 ２１ 6 总结与致谢 ２４ 6.1 实验总结 ２４ 6.2 致谢 ２４ 参考文献 ２５ 附录 ２６ 基于MATLAB的永磁电机直接转矩控制与仿真 1 绪论 1.1 永磁同步电机直接转矩控制概述 1.1.1 永磁同步电机的发展状况 由于永磁同步电机具有体积小、功率密度高，效率和功率因数高（功率因数或接近于1)等明显优点，在70年代末和80年代初引起了从事电机及其驱动系统技术研究的学者和研究人员的广泛注意和重视。英国学者Merrill最早提出了称之为“Permasyn”的永磁交流电机设计方案，德国西门子(Siemens)研制成功了“Buried Magnet”转子。从1979年开始，英国著名学者、利物浦大学K. J. Binns教授长期致力于永磁同步电机及其驱动系统的理论研究和技术开发工作，先后发表了有关永磁同步电机结构、工作原理、性能分析、参数估算以及驱动系统的稳定性分析和新型的转子位置检测装置等内容的学术论文，对进一步推动永磁同步电机研究领域的理论及应用发展有极大影响。此外，英国曼彻斯特大学的B. J. Chalmers教授对永磁同步电机变频运行的参数及性能的分析，波兰学者P. M. Petczewski对永磁同步电机最优模型跟踪控制位置驱动系统的研究，以及意大利学者Alfio Consoli对永磁同步电机等效电路的分析同样具有很大的开创性。 永磁同步电机的发展与永磁材料工业的进步发展密切相关。早期的永磁电机一般采用铁氧体或者钕镍钴，其磁性能比较低。如铁氧体，最大剩磁不到0. 2T，根本无法与电励磁相比。所以早期的永磁电机一般是微特电机。目前，永磁同步电机采用的永磁材料包括有AlNiCo(铝、镍、钴铁磁性合金)，Ceramic(陶瓷)，Rare Earth(稀土材料)，Ferrites(铁氧体磁性材料)，NdfeB(钕铁硼)，Barium(钡)或Strontium(锶)等铁磁性材料。1983年问世的铝铁硼永磁材料由于其优异的磁特性和低廉的成本以及充足的材料来源等原因，使得各主要工业发达国家对其的研究和应用开发都非常重视。我国占有世界蕴藏量85%以上的稀土资源，所以在开发高磁场永磁材料(特别是钕铁硼材料)方面我国具有得天独厚的有利条件。随着稀土永磁材料的使用和控制技术的发展，永磁电机以其高转矩/惯量比、高功率密度、高效率、牢固性和维修性好等优点，在数控机床、工业机器人等场合都获得了广泛的应用。 1.1.2 永磁同步电机直接转矩控制的研究热点 无论是交流传动还是直流传动，无论是电动状态还是稳态，传动系统的根本问题是转矩的控制。因此，很多学者致力于直接对电机转矩进行控制的研究。在同步电机普遍采用的矢量控制中，由于磁链位置的偏移、磁性材料的分布不均、电流传感器非线性化和电流调节器的局限等因素，以及非优化的参考电流等导致电机转矩和电机的铜耗增大，因此，矢量控制并不能实现转矩的直接控制。可以看出，矢量控制在理论上日趋完美，但在实现过程中较为复杂，而且矢量控制在转矩控制、弱磁控制和无传感器技术方面都存在由于本身控制思想带来的实现上的复杂性，因此，人们试图寻找一种新的思路来摆脱矢量控制所面临的困难。 直接转矩控制是继矢量控制之后的又一高性能的交流电机控制方法，直接转矩控制把转矩作为被控量直接控制转矩，不涉及复杂的电机解耦，响应速度快。它在很大程度上解决了