永磁同步电机及其控制系统的仿真研究

论文摘要

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。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(SVPWM)技术的原理、实现方式,并利用Simulink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PI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15KW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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 永磁同步电机交流控制系统的研究现状与发展趋势
• 1.2.1 永磁同步电机控制策略简介
• 1.2.2 PWM控制技术
• 1.3 永磁同步电动机概述
• 1.3.1 永磁同步电动机的分类
• 1.3.2 永磁同步电动机的转子磁路结构
• 1.4 本文的主要内容
• 第2章 永磁同步电机控制系统模型建立及分析
• 2.1 基于三相静止坐标系的永磁同步电机数学模型
• 2.2 永磁同步电机的矢量控制
• 2.2.1 坐标变换
• 2.2.2 电流、电压限制
• 2.2.3 最大转矩/电流控制
• 2.2.4 弱磁控制（模式2）
• 2.2.5 最大输出功率控制（模式3）
• 2.3 电流解耦补偿模块
• 2.4 电压空间矢量调制（SVPWM）算法
• 2.4.1 SVPWM调制原理
• 2.4.2 SVPWM过调制控制原理
• 2.4.3 SVPWM调制仿真实现方法
• 2.4.4 仿真分析
• 2.5 永磁同步电机控制系统模型的建立
• 第3章 逆变器功率损耗分析
• 3.1 逆变器功率损耗的公式
• 3.2 公式推导
• 3.2.1 导通损耗
• 3.2.2 开关损耗
• 3.2.3 总损耗
• 3.3 基于电机控制系统仿真的损耗计算
• 3.3.1 系统仿真模型
• 3.3.2 功率模块损耗参数的推导
• 3.4 损耗计算结果分析
• 3.4.1 三菱公司的损耗计算软件介绍
• 3.4.2 实验结果和仿真结果分析
• 3.5 小结
• 第4章 改进的弱磁控制方法研究
• 4.1 考虑定子电阻的控制方法
• 4.1.1 考虑定子电阻对控制系统的影响
• 4.1.2 简单补偿
• 4.1.3 精确补偿
• 4.1.4 电阻补偿控制方法的仿真验证
• 4.2 考虑磁饱和的控制方法
• 4.2.1 磁饱和影响及补偿方法
• 4.2.2 仿真验证
• 4.3 考虑参数误差的控制方法
• 4.3.1 控制系统中电机参数误差对系统的影响
• 4.3.2 q轴电流负反馈补偿控制
• 4.3.3 电压补偿控制
• 4.3.4 参数误差补偿对仿真结果的影响
• 第5章 系统仿真模型交互式界面
• 5.1 交互式界面简介
• 5.2 主界面及参数设置
• 5.3 数据后处理界面
• 第6章 永磁同步电机控制系统仿真分析及实验测试
• 6.1 基于SIMULINK的控制系统模型建立
• 6.1.1 Simulink在仿真中的应用
• 6.1.2 永磁同步电机模型的建立
• 6.1.3 矢量控制器的建模与分析
• 6.1.4 电压空间矢量调制（SVPWM）的建模
• 6.1.5 永磁同步电机控制系统模型的的建立
• 6.2 仿真结果
• 6.2.1 稳态性能仿真分析
• 6.2.2 瞬态性能仿真分析
• 6.3 实验测试
• 第7章 结论
• 7.1 本文的主要工作
• 7.2 进一步研究的方向
• 参考文献
• 致谢
• 附录