永磁同步电机调速系统的建模与仿真
毕业设计(论文)课 题 名 称 永磁同步电机调速系统建模与仿真 学 生 姓 名 王云学 学 号 1141201066 系、年级专业 电气工程系、11 级电气工程及其自动化 指 导 教 师 刘白杨 职 称 助教 2015 年 4 月 5 日邵阳学院毕业设计（论文）I摘 要相比于传统使用的电机，永磁同步电动机（PMSM）具有着比较高的工作效率、比较高的力矩惯量比、比较高的能量密度和环保节能等优越特性，所以对永磁同步电机进行控制调速方面的研究有着相当重要的意义。由于电机在运行过程中会受到一些扰动，使电机的转速偏离原来的额定转速，所以我们通过在对他数学模型的分析基础上，我们把电机的转动速度偏差 e 和转动速度偏差变化率 de/dt 作为是输入的变量，利用 Matlab Simlink 模块建立了系统的仿真模型，来使得系统自动调节电机的转速使其保持在额定转速。本文通过分别对经典 PI 控制调速系统和模糊PI 控制调速系统进行了详细的仿真实验分析对比。从仿真的分析结果可以看出，使用模糊智能的 PI 控制调速系统不仅具有响应速度的迅速、无超调量、抗扰性能好、能更好地提高永磁同步电机的调速系统的动态和静态特性，而且还在非线性因素对系统的干扰方面具有一定的抑制作用。关键词：永磁同步电机；Matlab Simlink；调速系统；模糊 PI 控制；逆变电路邵阳学院毕业设计（论文）IIAbstractCompared with the traditional use of the motor, rare earth permanent magnet synchronous motor (PMSM) has high work efficiency, high torque inertia ratio, high energy density, energy saving and environmental protection advantages, so of permanent magnet synchronous motor (PMSM) to control the speed of research is of great importance significance. Through to his mathematical model based on the analysis, we put the motor rotation speed deviation E and the rotation speed deviation change rate de/dt as is the input variables, the use of MATLAB / SIMLINK module to establish the simulation model of the system.Based on the classical PI control system and fuzzy PI control system is analyzedwith the simulation experiment. From the analysis of the simulation results, we can see that using fuzzy PI intelligent control system with the response speed quickly, no overshoot and good anti disturbance performance, can better improve the permanent magnet synchronous motor control system is speed, static performance, can effectively suppress some nonlinear factors on the system interference.Key words: permanent magnet synchronous motor; Matlab Simlink; speed control system; fuzzy PI control; inverter circuit邵阳学院毕业设计（论文）III目录摘要 IAbstractII1 绪论 11.1 课题的目的和意义 11.2 永磁同步电机国内外现状及水平 11.3 永磁同步电机的应用前景 22 永磁同步电机系统原理 42.1 永磁同步电机基本组成 52.2 永磁同步电机的工作原理 63 永磁同步电机控制调速方法 8邵阳学院毕业设计（论文）IV3.1 永磁同步电机控制系统的数学模型 83.2 经典 PI 控制调速原理 113.3 模糊 PI 控制调速原理 124 Matlab 建模与仿真设计 154.1 matlab 软件介绍 154.2 控制系统的仿真模型 155 仿真结果与分析 206 总结 25参考文献26附录28致谢 29邵阳学院毕业设计（论文）11 绪论1.1 课题的目的和意义由于永磁同步电动机具备制造结构简单可靠、占地空间体积小、工作效率比较高、电磁机械转矩的电流比大、转动惯量小、节能环保和比较好散发出热量以及维修保护等很多良好特点。我们国家是一个有着丰富的稀土资源的国家，特别是随着科技的不断创新,使得现在的永磁材料价格也在不断地降低,而且永磁材料的磁性也在不断地提高,以及现在新型的永磁材料的也不断涌现，在不久的将来,永磁同步电机使用将一定会迎来一个前所未有的良好机会，而且其应用的范围也在不断地扩张变大。尤其是像在一些工农业的生产、航天导弹、卫星航空、国防工程和日常的生活等场合得到广泛的应用。对于永磁同步电机调速系统的建模与仿真的研究，我们的主要目的是为了能够在研发探索过程中，寻找出一种最优化的控制方法，以便于我们以后能够很好地掌握和使用永磁同步电机。虽然永磁同步电机的调速控制技术目前取得了很大的成果，各种控制调速技术的应用也正在逐步成熟中，比如经典 PI 控制、模糊 PI 控制、SVPWM、DSP 控制方法等都在实际工程中得到了广泛的使用。但是，在实际工程使用过程当中，各种调速控制方法都存在着或多或少的不足之处，比如说低速特性不够达到期望的结果，有些过多地依靠了电机的参数等等问题。因此，通过将各种调速方法进行对比，对这些控制调速策略中存在的问题进行研究，选择出最优化的控制调速方法就有着十分重大的意义。1.2 永磁同步电机的国内外现状及水平我们国家自从 1970 年之后就开始着手于关注和探索永磁电机控制调速方向的技术，主要的研发力量集中在全国重点院校和中科院研究开发工作点，以工农业、军事航天为主要研究方向。比较著名的研发地点是上海的机床所、北京的微特电机研究所、中科院武汉自动化所等。1980 年之后开始进入军工、企业生产领域，直到 1999 年，我们国家自己生产的永磁同步电机在数量少、价格成本比较高、使用范围小的情况下，技术程度和可靠程度难以满足人们生活的需要。2000 年之后，尤其值得一提的是我国是一个稀土材料的大国，储存着巨多邵阳学院毕业设计（论文）2的稀土资源，而且对于这些稀土资源的提炼技术也走在了世界的前列。再传统使用的电机中，都使用了用电流
