基于SVPWM的高转速永磁同步电机控制系统的研究.pdf

本文研究了基于空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)技术的高转速永磁同步电机(PMSM)控制系统的构建及仿真，涉及的关键技术包括PMSM的数学模型分析、磁场定向矢量控制原理、以及在Matlab/Simulink环境下搭建双闭环仿真模型。 1. PMSM的数学模型：研究基于忽略铁心饱和和电机绕组漏感、假设气隙中磁势为正弦分布、忽略磁场高次谐波的理想情况下的PMSM数学模型。在同步旋转两相坐标系下，PMSM的数学模型可以表达为一组包含电压、电流、电阻、电感、磁链和转子角频率的方程。通过坐标变换，可以将三相电流转换为两相直轴电流Id和交轴电流Iq，简化了电机的控制过程。 2. PMSM转子磁场定向控制原理：在矢量变换控制的思想下，通过坐标变换可以将交流电机的定子电流分解为磁场电流分量和转矩电流分量。PMSM的电磁转矩与交轴电流Iq成线性关系，因此，在调速过程中，固定磁场电流分量，仅通过改变转矩电流分量就能获得良好的动态性能。 3. 双闭环控制系统设计：本文采用速度和电流双闭环控制系统，内环为电流环，负责调节交轴电流以产生所需的电磁转矩；外环为速度环，根据速度反馈调整交轴电流的设定值，以实现电机转速的精确控制。 4. SVPWM算法与仿真模型：在Matlab/Simulink环境中，利用SVPWM算法构建PMSM控制系统的仿真模型。SVPWM是将逆变器开关状态与电压矢量空间位置相结合的调制技术，可以提高电机效率、降低开关损耗并减少电磁干扰。模型中包含了PMSM本体模块、逆变模块、坐标变换模块和SVPWM生成模块等，各模块的有机整合实现了整个控制系统的仿真。 5. 仿真实现：通过搭建的仿真模型对具体实例电机进行仿真实验，分析输出的仿真波形，验证了模型的有效性。仿真结果符合预期，证明了双闭环控制系统及SVPWM算法在高转速PMSM控制中的合理性和有效性。 本文的研究成果不仅加深了对PMSM控制系统的理解，而且为电机控制算法的验证和优化提供了重要的仿真手段，对提高电机控制系统的性能具有重要的实际意义。此外，本文的研究还为相关领域的研究者和技术人员提供了专业指导和参考，尤其在Matlab/Simulink仿真工具的应用上具有指导作用。