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摘 要

永磁同步电机因具有体积小、效率高、结构简单、噪声小等优点而受到广泛的应用。本文研究内置式永磁电机直接转矩控制方法及其仿真实现。

直接转矩控制（Direct Torque Control）是继矢量控制之后出现的一种重要的高性能交流电机控制策略，其主要思想是根据电机的转矩和磁链误差，直接选择合适的定子电压空间矢量，驱动电机运行。该方法具有转矩的动态响应快、系统实现结构简单和鲁棒性好等优点。本文首先介绍了内置式永磁同步电机的特点和直接转矩控制方法。之后，在同步旋转坐标下建立了永磁同步电机数学模型，研究了内置式永磁同步电机电机直接转矩控制方法及其控制实现结构。最后，采用MATLAB/SIMULINK建立内置式永磁同步电机直接转矩系统仿真模型，详细阐述了仿真模型的各功能子模块的构造方法，并进行了数值仿真。仿真结果表明内置式永磁同步电机直接转矩控制系统具有优良的调速性能。

关键字：内置式永磁同步电机 直接转矩控制 MATLAB/Simulink

Study on the direct torque control of the permanent magnet synchronous motor

Abstract

Permanent magnet synchronous motor (PMSM) is widely used because of its advantages of small size, high efficiency, simple structure and low noise. In this paper, the direct torque control method for permanent magnet motor and its simulation are studied .

Direct torque control (Direct Torque Control) is an important high performance of AC motor control strategy after the vector control. The main idea is directing selection appropriate stator voltage space vector and driving the motor by based on motor torque and flux error. This method has the advantages of fast dynamic response of the torque, simple structure and good robustness.In this paper, the characteristics of the permanent magnet synchronous motor and the direct torque control method are introduced.After that, the permanent magnet synchronous motor model is established in the synchronous rotating coordinates.The direct torque control method and the structure of the PMSM are studied. Finally, using Matlab / Simulink to establish a built-in permanent magnet synchronous motor direct torque control system simulation model, method to construct the simulation model of each function module are described in detail, and the numerical simulation was carried out. The simulation results show that the permanent magnet synchronous motor direct torque control system has excellent speed performance.

Keywords:Permanent Magnet Synchronous Motor Direct torque control MATLAB/Simulink

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景及研究意义 1

1.2 直接转矩控制技术及研究现状 1

1.2.1 直接转矩控制技术的特点 2

1.2.2 直接转矩控制技术的研究现状 3

1.3内置式永磁同步电机的特点 3

1.4 内置式永磁同步电机的控制策略和发展方向 4

1.5 论文主要研究内容及章节安排 5

第二章 内置式永磁同步电机直接转矩控制方法 7

2.1 内置式永磁同步电机的概述 7

2.1.1 内置式永磁同步电机的结构以及类型 7

2.1.2 内置式永磁同步电机的数学模型 7

2.2 IPMSM 直接转矩控制基本原理 10

2.2.1 定子电压空间矢量 10

2.2.2 开关电压矢量选择 12

第三章 内置式永磁同步电机直接转矩控制建模与仿真 15

3.1 内置式永磁同步电机直接转矩控制系统建模 15

3.1.1 MATLAB/SIMULINK简介 15

3.1.2 直接转矩控制系统建模 15

3.2 转矩对转子转速的影响 17

3.3 速度参考值改变对定子电流、转子速度和电磁转矩的影响 20

第四章 总结与展望 24

参考文献 26

致 谢 28

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及研究意义

随着现代生产技术的发展，交流调速正在取代直流调速，成为时代的主导。在变频技术飞速发展的同时，交流电机控制技术也取得了突破性的进展^[1]。由于交流电机是多变量、强耦合的非线性时变系统，与直流电机相比，交流电机的转矩控制要困难很多。目前交流传动系统的发展主要体现在以下四个方面：

1. 恒压频比控制与转差频率控制，要使电动机的转速得到较快的响应就必须有效地控制转矩。其优点是控制结构简单、成本低，缺点是不能进行动态控制。交流电机由于这种技术得到了不一样的发展^[2]。

(2) 矢量控制与直接转矩控制，矢量控制实现了磁链和转矩的解耦控制，使交流电机的动态性能有了显著的提高。但是对电动机的参数依赖性比较大，即使能比较精准的获得电动机的参数，也只能在稳态的情况下才能实现解耦，弱磁是耦合仍然存在^[3]。

(3) 先进控制理论与技术。矢量控制、直接转矩控制、自适应控制、滑模控制与智能控制等先进的现代控制理论应用于交流电机驱动控制^[4]，使交流传动系统的综合性能显著提高。

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