摘 要

永磁同步电机因具有结构相对简单、效率和功率因数高等优势，所以目前在交流调速系统中得到了广泛应用。永磁同步电机的应用推广关键在于永磁同步电机控制技术的发展，而永磁同步电机的结构特点使得矢量控制系统在永磁同步电机控制策略中占有较大的优势。

本文概述了永磁同步电机及其控制策略的发展历史与发展现状，并建立了永磁同步电机在各坐标系下的数学模型，分析了永磁同步电机矢量控制原理。在MATLAB中建立了永磁同步电机转速电流双闭环矢量控制系统仿真模型，介绍了模型中各个模块的基本原理和搭建方法。通过对永磁同步电机转速电流双闭环矢量控制系统的仿真结果分析，展现出矢量控制在永磁同步电机控制系统中的可行性与性能优越性，同时也提出矢量控制的不足之处。

关键词：永磁同步电机；矢量控制；PI调节；SVPWM

Abstract

Permanent magnet synchronous motor (PMSM) is widely used in AC speed control system because of its simple structure, high efficiency and high power factor. The key to the application and promotion of PMSM is the development of PMSM control technology, and the structural characteristics of PMSM make vector control system have a greater advantage in PMSM control strategy.

In this paper, the development history and status of PMSM and its control strategy are summarized, and the mathematical model of PMSM in each coordinate system is established, and the vector control principle of PMSM is analyzed. The simulation model of PMSM speed and current double closed-loop vector control system is established in MATLAB. The basic principle and construction method of each module in the model are introduced. By analyzing the simulation results of PMSM speed and current double closed-loop vector control system, it shows the feasibility and performance advantages of vector control in PMSM control system, and also puts forward the shortcomings of vector control.

Key words: PMSM；Vector control；PI；SVPWM

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 本文研究的背景及意义 1

1.2 永磁同步电机控制策略的发展历史及其现状 1

1.3 本文研究内容及章节安排 2

第2章 永磁同步电机数学模型及其矢量控制方法 4

2.1 永磁同步电机数学模型 4

2.1.1 坐标变换 4

2.1.2 永磁同步电机在dq坐标系中的数学模型 5

2.2 永磁同步电机矢量控制方法 6

2.2.1 永磁同步电机矢量控制方法分类 6

2.2.2 永磁同步电机矢量控制系统框图 6

2.2.3 PI调节原理 7

2.2.4 SVPWM技术原理 9

2.3 本章总结 10

第3章 永磁同步电机矢量控制系统仿真 11

3.1 控制系统仿真模型的搭建 11

3.1.1 坐标变换模块的搭建 11

3.1.2 PI控制器模块搭建 13

3.1.3 SVPWM模块搭建 13

3.1.4 永磁同步电机矢量控制系统整体仿真模型 19

3.2 控制系统参数设计 19

3.3 控制系统仿真研究 21

3.3.1 控制系统抗干扰能力仿真研究 21

3.3.2 控制系统调速性能仿真研究 22

3.3.3 电磁转矩与定子电流转矩分量关系验证 24

3.3.4 控制系统调速范围探究 26

3.3.5 控制系统性能仿真结果分析 27

3.4 本章小结 27

第4章 结论 28

参考文献 29

致谢 30

第1章 绪论

1.1 本文研究的背景及意义

《中国制造2025》发布以来，我国致力于推动制造业升级，为实现制造业强国战略而奋斗，十年战略目标已过五年。制造业升级的基础在于机械制造和电气工程等领域的发展进步。而电机作为生产制造的“心脏”，其发展进步极为重要，目前各领域对电机的性能及其控制要求越来越高。永磁同步电机在异步电机、直流电机、同步电机三大电机系统中有着高效率、高功率密度和高过载能力的优点，使其被广泛应用于军事、工业、农业和日常生活中[9]。

永磁同步电机问世后，关于永磁同步电机控制策略的研究从未停止，到目前为止，永磁同步电机控制技术的研究在实际应用中已经取得了显著成果，但是对于永磁同步电机的控制不会有完美的策略，各种控制方法都有各自的优缺点，所以对永磁同步电机控制策略的研究不会止步。为适应科技的发展，需要力求更为精确、可靠的控制策略，所以我们需要不断地改进控制策略。永磁同步电机控制方法主要分为三种：调压调频控制、直接转矩控制和矢量控制[11]。本文选择矢量控制方法进行探讨研究。

1.2 永磁同步电机控制策略的发展历史及其现状

目前永磁同步电机控制策略主要分为以下三种：

（1）调压调频控制

调压调频控制是调节电机定子绕组电压幅值和频率，但在调节时需要保持电压与频率的比值不变，即保持气隙磁通不变，否则容易引起气隙磁通过大而烧毁电机。在调压调频控制系统中是通过控制逆变器输出的正弦电压幅值与频率就可以控制电机转速，通常使用PWM波控制逆变器输出[6]。这种控制方法是开环控制，控制方法简便，适用于负载变化较小和控制精度要求不高的控制系统中。永磁同步电机在采用调压调频调速时，在负载较重和高速运转的情况下有可能会导致电机失去同步[9]。

（2）矢量控制