張碩北京理工大學機械與車輛學院電傳動課題組

永磁同步電機仿真建模目錄CONTENTS1參數化建模2

轉速外環(huán)控制3電流內環(huán)控制4SVPWM模塊5

逆變器模塊6PMSM模塊目錄CONTENTS1參數化建模

參數化建模1.1參數化建模是一種建模方法，它允許模型中的一些參數可以通過外部輸入或在模型內部的函數中定義和修改，而不是固定不變的。具有以下優(yōu)點：（1）模型靈活性高：（2）便于參數的驗證和對比（3）便于協(xié)作與共享（4）故障模擬和風險評估目錄CONTENTS2轉速外環(huán)控制轉速外環(huán)控制組成2.1傳統(tǒng)PI控制流程圖如下：傳統(tǒng)PI控制流程圖轉速外環(huán)控制組成2.1（1）誤差計算：控制系統(tǒng)計算給定轉速與實際轉速之間的差值n*-n

，該差值稱為轉速誤差，是PI控制器的輸入。（2）PI控制器：該控制器接收轉速誤差信號，通過比例P和積分I作用生成一個控制信號。比例作用對應于誤差的直接放大，目的是減小誤差；積分作用則是對誤差進行積累，目的是消除穩(wěn)態(tài)誤差。（3）轉矩參考值：PI控制器的輸出是目標轉矩。

轉速外環(huán)控制工作原理2.2（1）誤差檢測：系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測給定轉速與實際轉速之間的差異，以便實時調整電機的驅動電流。（2）PI調節(jié)：控制器通過比例環(huán)節(jié)快速減小轉速誤差，積分環(huán)節(jié)則確保長期穩(wěn)定性和零穩(wěn)態(tài)誤差?？刂破鞯膬蓚€參數（比例增益

和積分增益

）需要根據電機的具體參數和性能要求進行調整。

轉速外環(huán)控制工作原理2.2（3）反饋調整：PI控制器的輸出信號（q軸電流參考值

）被反饋到電流內環(huán)控制，該環(huán)節(jié)進一步精確調節(jié)電流，以便實現(xiàn)快速和準確的轉速控制。（4）動態(tài)響應：當電機負載變化或者轉速設定值調整時，轉速外環(huán)控制能夠動態(tài)地調整q軸電流參考值，以確保電機轉速快速穩(wěn)定地達到新的設定點。目錄CONTENTS3電流內環(huán)控制PI控制器3.1電流內環(huán)控制是永磁同步電機（PMSM）控制系統(tǒng)中的重要組成部分，其主要任務是確保電機的相電流能夠按照預期值進行精確控制，從而實現(xiàn)對電機轉矩和轉速的精確調節(jié)。電流環(huán)采用PI控制器的PMSM控制Simulink模型PI控制器3.1比例項（Proportional）用于根據當前偏差的大小產生控制量，提供快速響應，使系統(tǒng)能夠快速達到設定點附近。但是，單獨的比例控制無法消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分項（Integral）用于積累偏差，并隨著時間的推移逐漸減小偏差，以消除穩(wěn)態(tài)誤差，確保最終輸出精確達到期望的設定值。1．PI控制器一般形式DPCC控制器3.2為了克服傳統(tǒng)PI控制算法的局限性，近年來無差拍預測控制（DeadbeatPredictiveControl，DPC）逐漸受到關注。預測控制是一種基于系統(tǒng)動態(tài)模型的高級控制策略，通過對未來時刻系統(tǒng)狀態(tài)的預測，計算出最優(yōu)的控制輸入，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的精確控制。電流環(huán)采用DPCC控制器的Simulink模型目錄CONTENTS4SVPWM模塊

SVPWM模塊4SVPWM（空間矢量脈寬調制）是一種先進的脈寬調制（PWM）技術，其基本目標是利用固定幅度和頻率的直流電源生成變幅度和頻率的三相交流電源，從而驅動電機。SVPWM模塊的Simulink模型

SVPWM模塊4SVPWM工作原理（1）空間矢量合成：

和

代表的矢量合成一個在二維平面上旋轉的空間矢量，代表了期望的相電壓。（2）扇區(qū)判定：根據

和

的值，空間矢量會位于六個扇區(qū)中的一個。扇區(qū)決定了鄰近的三相電壓矢量，這些矢量將用于合成期望的電壓。（3）脈寬調制：通過調整相鄰兩個非零矢量的作用時間以及零矢量的應用，SVPWM能夠準確地合成期望的電壓矢量。（4）逆變器開關狀態(tài)生成：根據扇區(qū)信息和脈寬調制算法，確定每個逆變器開關的開閉狀態(tài)。目錄CONTENTS5逆變器模塊

逆變器模塊5逆變器模塊是連接控制系統(tǒng)與電機的橋梁，負責將直流電源轉換為可調制的交流電源。逆變器模塊的Simulink模型

逆變器模塊5逆變器模塊詳細解釋（1）Vdc輸入表示直流側電壓，它是逆變器將交流轉換為直流電能的源電壓。（2）通過一個固定的比例因子2/3對Vdc進行縮放，這個比例因子用于調整逆變器輸出電壓的幅值，使之與電機設計相匹配。（3）Sa、Sb、Sc三個開關信號通過一個門電路，它們各自與Vdc縮放后的值相乘。（4）通過復數運算后，相乘后的值表示逆變器在每一相上的輸出電壓。這些電壓隨著開關狀態(tài)的變化而變化，從而產生交流電壓波形。目錄CONTENTS6PMSM模塊

PMSM模塊6建立永磁同步電機的數學模型，需要對電機的部分特性進行理想化假設：（1）忽略空間諧波，設三相定子繞組對稱正弦分布，在空間互差120°電角度，所產生的磁勢沿氣隙周圍按正弦規(guī)律分布。（2）忽略磁路飽和，定子各繞組的自感和互感為恒定。（3）忽略鐵芯損耗。（4）不考慮頻率變化和溫度變化對繞組電阻的影響。

PMSM模塊61．電壓方程PMSM的電壓方程描述了電機的電壓與電流以及磁鏈之間的關系：ud、uq分別為dq軸電壓；id、iq分別表示dq軸電流；R表示電機相電阻；L表示電機電感；φf為永磁體磁鏈。

PMSM模塊62．機械方程PMSM的機械方程描述了電機的動力學行為，表達了電磁轉矩與負載轉矩之間的平衡，以及這些轉矩是如何影響電機角速度的變化：Te、Tl分別表示電磁轉矩與負載轉矩；J表示轉子慣量；p表示電機極對數；B表示阻尼系數；

PMSM模塊63．轉矩方程表示電磁轉矩與q軸電流和永磁體磁鏈之間的關系。這個方程可以用來確定給定的電流和磁鏈條件下電機可以產生的電磁轉矩。Te為電機電磁轉矩；p表示電機極對數；φf為轉子磁鏈；iq