摘 要

随着电力电子技术和微电子控制技术的快速发展，永磁同步电机（PMSM）的控制方法也变得越来越灵活和完善，从而使永磁同步电机的控制技术达到了新的层面。当前要实现较好动态性能，矢量控制和直接转矩控制是同步电动控制中两种主要的控制方法。

在交流变频调速技术中，随着矢量控制技术的不断成熟和完善，直接转矩控制逐步发展起来。与矢量控制不同，在定子坐标系中，它利用空间矢量的分析方法直接计算定子磁链和电机转矩的控制，让控制系统结构更加简单，从而使控制系统响应更快。本文重点研究了直接转矩控制在PMSM上应用时的控制效果，先从几种不同结构的PMSM物理模型出发，得到其在不同坐标系下的数学模型，进而完成永磁同步电机直接转矩控制整个过程所涉及基本理论的推导。在此基础上，利用MATLAB中的SIMULINK功能搭建PMSM直接转矩控制系统的模型并进行仿真，分析仿真结果得出结论，PMSM直接转矩控制响应迅速且稳定，能比较好的实现对PMSM的快速有效控制。

关键字：永磁同步电机 直接转矩控制 空间矢量 仿真

Abstract

The development of power electronics technology and microprocessor technology provides a solid material basis for the application of advanced control methods of permanent magnet synchronous motor, so that the actual control technology of permanent magnet synchronous motor has reached a new height. Current vector control and direct torque control are two main control strategies for achieving high dynamic performance permanent magnet synchronous electric control.

Direct torque control is a new type of high-performance AC variable frequency speed control technology developed after vector control. Unlike vector control, it realizes the calculation of flux linkage and the motor in the stator coordinate system by spatial vector analysis method Moment control, so that the control system can be simplified to improve the rapid response capability. In this paper, the control effect of direct torque control on permanent magnet synchronous motor is mainly studied. Based on the physical model of permanent magnet synchronous motor, the mathematical model is obtained from different coordinate systems, so as to complete the direct torque control of permanent magnet synchronous motor The basic theory of strategy derivation. On this basis, the model of permanent torque synchronous motor direct torque control system is built and simulated by SIMULINK function in MATLAB. The simulation results show that the direct torque control of permanent magnet synchronous motor has better torque response, The fast and reliable control of permanent magnet synchronous motor can be basically achieve.

Keywords: Permanent Magnet Synchronous Motor; Direct Torque Control; Space Vector; Simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1永磁同步电机发展现状 1

1.1.1 永磁同步电机概念 1

1.1.2 发展历程 1

1.1.3 永磁同步电机特点 2

1.2永磁同步电机控制技术发展状况 2

1.2.1 核心器件技术发展 2

1.2.2 位置与速度检测技术发展 3

1.2.3 PI控制的现状 3

1.2.4 多电平控制技术的发展 3

1.3 研究意义 4

1.4 研究的主要内容 5

第2章 永磁同步电机构成原理 6

2.1永磁同步电机的分类和转子结构 6

2.2 坐标变换和矢量变换 7

2.2 永磁同步电动机物理模型 8

2.3 永磁同步电机的数学模型 11

2.4 本章小结 12

第3章 永磁同步电机直接转矩控制 13

3.1 PMSM直接转矩控制基本思想 13

3.2 PMSM直接转矩的原理 13

3.3 磁链与转矩的估计 16

3.3.1 电压模型测定 16

3.3.2 电流模型测定 16

3.3.3 电磁转矩估计 17

3.4 磁链和转矩的滞环比较 17

3.5 逆变器与开关表 18

3.5.1逆变器的开关状态与电压空间矢量 18

3.5.2 定子磁链扇区与开关表原理 19

3.6 本章小结 20

第4章 永磁同步电机直接转矩控制的仿真 21

4.1仿真软件简介 21

4.2 仿真模型 21

4.2.1 坐标变换模块 21

4.2.2 磁链估计模块 22

4.2.3 扇区选择模块 22

4.2.4 滞环比较器模型 23

4.2.5 开关表模块 24

4.3 PMSM直接转矩仿真及结果 26

第5章 结论 30

参考文献 31

致谢 32

第1章 绪论

电机在这么多年的工业生产发展过程中，一直扮演着重要角色，多种类型电机的不断开发使得电机运用的场所越来越广泛。由于PMSM功率密度高、可靠性好及控制结构简单、轻便等优点，比较容易满足高性能系统的要求。此外，随着永磁体材料的研发的深入，其成本也逐渐降低，这也使它在调节电机系统时更具有优越性。

1.1永磁同步电机发展现状

1.1.1 永磁同步电机概念

PMSM是以电励磁式三相同步电机为基础，用永磁体代替原有的转子绕组，即去掉了转子部分的线圈、电刷和集电环，在定子部分，跟传统同步电机相同，都采用电励磁式结构，保持转速同步，即所谓的永磁同步电机。PMSM以其高动态性能、高效率和轻量化而著称，并且以电力电子器件和微电子控制方法为基础，进一步发展并制造了多种功能强大的机电一体化产品和设备，带领着新世纪电机驱动系统走向一个新的道路。

PMSM其实是一种将电能与机械能互相转换的电磁装置，转矩的产生可以看作是定子磁链与转子磁链之间的相互影响而产生的。对比PMSM与三相感应异步电机，它们在运行的原理和自身结构上都有很多相同的地方，两者定子部分基本相同，它们之间的主要区别是PMSM的转子励磁是由永磁体实现的，而感应电机的转子部分是用感应线圈来实现励磁。

1.1.2 发展历程