基于TMS320F28035的永磁同步电机矢量控制系统研究
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基于TMS320F28035的永磁同步电机矢量控制系统研究
永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、重量轻、结构多样、可靠性高等优点。在数控机床、工业机器人等自动化领域得到了广泛的应用。数字化交流伺服调速系统采用的是目前非常流行的矢量控制算法，即电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)。SVPWM的主要思想是：以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成脉宽调制(PWM)波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。本文引用地址：由于矢量控制算法对采集PMSM转子的电流、电压等参数的实时性要求很高，且计算量大，一般的微处理器很难达到要求。因此，文中采用TI公司C2000系列高压数字电机开发套件，利用其DSP芯片高速数据处理能力，使得整个电机控制系统具有控制精度高，实时性强的特点。1 系统结构针对高阶、多变量、非线性、强耦合的控制特点，如何有效解耦进而实现直流电机般的转矩控制方式，一直以来都是主要的研究热点。的转子机械位置和磁通位置的一致性，决定了其实现矢量控制方面的优越性。矢量控制即磁场定向控制，利用坐标变换消除原坐标系下参数的耦合，实现对电机的电磁转矩和励磁磁场进行分别控制，进而实现类似直流电机的转矩控制。目前，PMSM的矢量控制策略主要可以分为：id=0控制、力矩电流比最大控制、总磁链恒定控制、直接转矩控制等。本系统采用id=0控制，该方法由于电枢反应没有直轴去磁分量，就不会产生去磁效应，也就不会出现因永磁电机退磁而导致电机性能变坏的现象，能保证电机的电枢电流和电磁转矩成正比，实现转矩的线性化控制。要实现id=0的解耦控制通常有两种实施方案：电流滞环控制和速度、电流的双闭环控制。本系统选用速度、电流的双闭环控制方式。由图1可知，有以下五部分组成：速度、电流PI调节器;坐标变换模块;空间电压矢量调制(SVPWM)模块;电压逆变模块;位置与速度检测模块。系统的具体控制过程为：通过正交编码器(QEP)对电机的位置和速度信号进行采样，并将速度信号与速度指令信号进行比较，经速度PI调节器的调节后输出指令信号;通过电流采样获得两相定子电流信号(第三相可通过另外两相计算得出)，并经坐标变换得到电流信号;将电流信号分别与指令信号进行比较，经电流PI调节器调节后输出d&q轴电压信号，再经Park逆变换输出轴电压信号;通过SVPWM模块输出六路PWM信号驱动逆变器，产生频率、幅值可变的三相正弦电流输入电机，实现电机的驱动。2 系统设计2.1 系统硬件设计基于DSP28035的永磁同步电机组成主要包括：埃斯顿EMJ系列永磁同步电机、PC上位机以及TI高压数字电机控制和功率因数校正(HVDMC+PFC)开发板。其中，TI公司C2000系列Piccolo
DSP为其核心控制芯片。系统的硬件总体结构框图如图2所示。如图2所示，系统以TI公司C2000 Piccolo系列
DSP为其核心控制芯片，主要包括两相整流模块、软起动滤波与电压测量模块、IPM功率模块和电流测量模块。外设包括JTAG仿真接口、SCI模块、QEP模块、ADC模块、通用I/O口和PWM模块。在程序运行的过程中，由JTAAG接口进行重载代码，在线仿真;与上位机进行通信，利用SCI模块进行扩展;通过通用I/O口与键盘和液晶显示进行连接。F28035芯片除了主要完成系统所需的控制算法，包括电压、电流采样的模/数转换、Clark变换、Park变换、PI调节器、产生一定的PWM信号去控制系统工作外，还要负责与上位机进行实时通讯及完成系统所需的其他各项控制功能。HVDMC+PFC开发板主要由DSP芯片、主板模块、交流电源输入模块、直流电源输入模块、辅助电源模块、独立联合测试行动小组(Joint
Test Action
GroupJTAG)仿真模块、两相交错功率因数校正模块和三相逆变器模块8部分组成。PFC和功率模块(IPM)是其中两个重要的组成。PFC的作用是将DSP输出的PWM脉冲放大到足以驱动功率开关管，它能够改善功率开关管的开关特性，从而减小开关损耗，提高整个系统的效率及功率器件工作的可靠性。文中采用单个锁定性霍尔原件做转速和位置的检测。由于霍尔元件具有尺寸小、质量轻、无触点、外围电路简单、频响宽、动态性能好、使用寿命长、调试方便等特点，用他可以做成各种传感器。广泛应用于位移测量、倾角测量、压力测量、转速或转数等方面的测量。由于锁定型霍尔元件是双极触发元件，所以通常锁定型霍尔元件的导通时间等于截止时间，脉冲波形是占空比为50%的方波，它具有良好的稳定性和可靠性。在不考虑安装误差的情况下，锁定型霍尔元件的输出的上升沿和下降沿代表转子位置为0和&，假设在相邻的上升沿与下降沿之间的转速保持不变，可以通过检测相邻上升沿和下降沿之间的时间差来计算转速。计算出角速度w以后，便能计算出每个时刻的转子位置值。2.2 系统软件设计在完成硬件系统设计后，进行其软件开发需要两个工具：一个TI提供的JTAG接口的仿真器;另一个是集成开发环境CCS(Code Composer
Studio)。整个系统软件是由初始化主程序和中断子程序构成。主程序主要工作是初始化系统，把PWM处于SVPWM工作条件下，捕捉口CAP1和CAP2处于QEP工作状态下，设定速度等;中断程序主要完成读取位置信息、采集电流、完成矢量转换，并根据控制值产生相应的SVPWM波形。CCS作为智能化集成开发环境，能适应多种场合、多处理器的DSP项目需求，具有以下主要特点：1)编程方式多样，可使用汇编语言和C语音混合编程，不需要手动编写大量汇编程序;2)基于专业的行业标准，可视化的代码编辑界面，操作具有较大的灵活性;3)具有强大的调试能力，可查看寄存器值、设置断点为探针、显示波形等;4)具有一个开放式应用程序接口(API)，可以构建自定义的插件与其组件交互。全数字化的永磁同步电机伺服系统最大的特点就是软件伺服，即改变控制功能主要通过改变软件设计来实现。软件伺服增强了控制系统的灵活性，较少了更改硬件产生的成本风险，但是对系统软件设计提出更高的要求。在PMSM中，软件设计要求在指定中断周期内，对被控电流、位置、转速信号进行采样、逻辑运算，完成控制算法，输出控制信号，并实时进行故障处理。本系统的软件设计采用模块化设计结构，分为主程序和中断服务程序两部分，主要包括系统初始化模块、电流采样模块、坐标变换模块、控制算法模块、SVPWM发生模块、QEP计算模块、串行通信模块等。如图3所示，系统初始化主要完成初始化控制系统(关闭看门狗和设定系统锁相倍频等)、PIE和外设等。关闭PWM是为了防止PWM1-6产生错误动作，定位子程序是为了获得转子对于光电编码器的相对位置。系统初始化程序是对DSP的宏观系统进行初始化，进行存储空间、系统时钟、系统看门狗、系统中断的设置。中断服务程序是软件设计的核心部分，包括定时器下溢中断和CPU定时器中断。定时器下溢中断主要通过调用电流采样处理、位置和转速计算、小标变换、数字PID控制和SVPWM发生等功能子模块实现系统控制算法、数据采集;CPU定时器中断主要通过对采样值的处理和I/O状态的检测来完成系统的软件保护，并形成报警码送显。3 系统实验结果以埃斯顿伺服电机(型号为EMJ-04APB22)为实验对象，电机定子电阻R=2.8&O，等效电感L=0.008
5H，转子磁链&f=0.175Wb，极对数Pm=6，转动惯量J=0.000 87km&m2，力矩常数KT=0.575。d、q轴电流在起动过程中，q轴电流经历一个很小的超调量之后趋于稳定，稳定后q轴电流保持一个恒定幅值，d轴电流经过一个短暂的振荡过程后趋于稳定，基本上等于给定电流且幅值几乎保持0值不变，从而说明磁场定向准确，d、q轴电流完全解耦。图4所示的为q轴给定电流与数据变换后q轴反馈电流波形。从该图可以看出反馈电流能很好地跟踪给定电流，在给定&2 A电流时，反馈电流最大超调只有&300mA，而且很快稳定下来。 从图5中得知，该电机的频率为5 Hz，速度为+1 500 r/min，反馈速度能很快的跟踪，且基本上无超调。在给定一个阶跃后，系统大约经过0.035
s调节时间趋于稳定，三相电流波形完全平衡，并且有很好的正弦化趋势。经过大约0.035
s的上升及调节时间，转速趋于稳定，反映了系统响应的快速性，调节过程呈现过阻尼衰减振荡形式，调节过程结束后，转速反馈曲线与转速给定曲线重合，反映出很好的跟随性，但是调节过程有一个大约10%的超调量，在实际系统中，超调量会大大减小。4 结论本文PMSM控制系统采用TMS320F28035，充分运用DSP芯片速度快、运算能力强的优势，使系统具有较好的动态特性和稳态精度。实验结果表明，基于DSP所实现的矢量控制算法，在永磁同步电机驱动的应用上，电机的效果很理想。
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永磁同步电机矢量控制方案在变频空调风机中的运用
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来源：作者：孙桂喜，唐华标，张建新，张醒（意法半导体）
变频空调以其节能、室内温度更稳定、噪音低、舒适度更高的特点得到快速的发展，成为今后空调发展趋势已成业界共识。
变频空调一般是指空调压缩机及其风扇的变频控制，多采用永磁同步电机矢量控制的方案。目前空调风机大多还是采用单相交流电机的定频风机，这种单相交流风机接入单相交流电源就可工作，具有结构简单、可靠的优点，但是也有不能进行无极调速和风机效率比较低等缺点。为了进一步提高变频空调性能，当前已有空调厂家开始对空调风机也进行变频控制，真正实现空调的全变频控制。
永磁同步电机（PMSM），功率密度高体积小，结构简单，采用矢量控制(FOC)，具有动态响应快，效率高、噪音低及安全可靠的特点，很适合应用在空调风机中，实现空调风机的变频控制，下面介绍一种永磁同步电机矢量控制在变频控制风机中应用的方案。
2．&系统结构
此变频空调风机方案采用意法半导体公司STM32(ARM :Cortex-M3) MCU 平台，永磁同步电机（PMSM）矢量控制(FOC)方案使用单电阻(Single Shunt)的电流检测和无位置传感器（Sensor-less）的速度位置检测来实现。
系统结构如图1所示，MCU选用STM32F103C6T6；功率模块驱动采用3片L6390D，每个L6390D都内置有运放、比较器及智能关断保护电路，运放可以用来放大采样电流，比较器及智能关断保护电路可以用来实现电机过流保护；IGBT为6片STGDL6NC60D。
L6390D自带的智能关断功能可实现过电流保护电路（OCP）,加上过电压（OVP）和欠电压(LVP)等保护功能，使系统工作安全可靠。
3. 低成本高性能的永磁同步电机的矢量控制方案
永磁同步电机的矢量控制，具有动态响应快，稳速精度高，功率密度大，效率高，噪音低等特点，是一种高性能的电机控制系统。矢量控制运算需要获取电机三相电流和准确的转子位置信号，通常使用电流传感器和位置速度传感器，这增加了系统的成本。对风机这类负载，负载相对稳定、起动力矩不大的应用，采用廉价的单电阻电流采样和无位置传感器永磁同步电机的矢量控制方案，既有永磁同步电机的矢量控制的优点，达到应用性能；同时又可达到低成本的目标。
MTPA（每安培电流最大转矩）控制，针对内置式永磁同步电机，提高风机系统效率。
采用单电阻电流采样、无位置传感器永磁同步电机的矢量控制如下图2：
3.1单电阻电流采样
为了降低系统成本，本方案采用了先进的单电阻采样技术。一般来讲，矢量控制算法需要采集电机至少两相电流，但单电阻采样只需要采集负母线的电流即可。
图3 单电阻采样框图
表1 单电阻采样状态表
图3是单电阻采样的框图，对于桥臂的每一个开关状态，其流过的电流状态如表1所示。在表1中，&0&表示开关管关断，而&1&表示导通。由于电流在一个PWM周期内几乎不变，因此只需要在一个PWM周期内采样两次即可得到该时刻电机每一相电流的状态，因为三相电流之和为零。
单电阻采样会遇到一些挑战，空间矢量脉宽调制器（SVPWM）在空间矢量的扇区边界和低调制区域的时候，会存在占空比两长一短和两短一长以及三个几乎一样长的时刻。这样的话，如果有效矢量持续的时间少于电流采样时间，则会出错。本方案采取的办法是在相邻边界的时候插入固定时间的有效矢量，而在低调制区域的时候，采用的是轮流插入有效矢量的方法。插入有效矢量会给电流波形带来失真，这种情况下需要通过软件来进行补偿。
单电阻采样的优点除了降低系统的成本，还有就是它检测三相电流时都基于相同的增益和偏移，一致性好。缺点也是明显的，对于MCU来说，算法复杂了其运算时间要增大，代码比三电阻也要长一些；对于电流检测而言，其波形失真比起三电阻方法来说，要稍微大一些。其详细的对比如表2所示。单电阻采样的性能对于变频空调的应用是完全可以胜任的，而且成本低廉，这也就是为什么大部分家电厂家都愿意选择单电阻采样的原因所在。
20% at 10KHZ
33% at 10KHZ
纯代码长度
3采样电阻&&& 3运放
1采样电阻 1运放
最大FOC执行速率
相电流失真*
IPH(rms) 0.17A
IPH(rms) 0.44A
表 2 三电阻与单电阻的对比
3.2无位置传感器转子位置和速度检测
只需获取三相电流和母线电压，通过算法计算出转子位置和速度，不需要增加额外的器件和电路。
无位置传感器算法，包括反电动势检测(Luenberger Observer) 和转子位置/速度重构（PLL: Phase Lock Loop ）两部分，结构如下图4：
3.3 MTPA效率最优控制
MTPA（每安培电流最大转矩）控制，也就是系统效率最优控制，下面等式为永磁同步电机的力矩方程，永磁同步电机力矩：包括同步力矩和磁阻力矩。
永磁同步电机从电机结构上来分，可分为磁钢表贴式和内置式两种。表贴式永磁同步电机（SM-PMSM），直轴电感等于交轴电感（Ld = Lq）；而内置式永磁同步电机（I-PMSM）, 直轴电感小于交轴电感（Ld & Lq）。
l&表贴式永磁同步电机，Ld等于Lq，只有同步力矩，控制ids等于零时，系统效率最优。
l&内置式永磁同步电机，Ld一般小于Lq，存在同步力矩和磁阻力矩，当ids小于零时，可以利用磁阻力矩使系统效率最优。内置式永磁同步电机MTPA功能示意如图5。
&图5：MTPA功能示意图
4. 针对空调风机应用的系统设计
针对空调风机应用的特点，加入噪音消除、抗台风起动及电机缺相检测等功能模块。
4.1噪音消除功能
为提高空调舒适度，对空调系统的噪音指标有严格的要求，也是评价一个空调质量好坏的重要指标。对于功率不大且为主要噪音源之一的空调风机，低噪音显得尤为重要。&&&&&&&&
具有正弦型反电动势或气隙磁场的永磁同步电机（正弦波永磁电机PMSM），采用FOC矢量控制，输入正弦的定子相电压和定子相电流可产生稳定的输出力矩，具有低噪音的特点。但是，在应用中发现，正弦波永磁电机反电动势很少能难达到理想的正弦型，有的干脆就是一个反电动势为梯形波的永磁同步电机（方波永磁电机BLDC）,这种电机采用FOC矢量控制，会使定子电流畸变而产生电机噪音。
针对反电动势波形介于PMSM和BLDC之间这类永磁电机采用矢量控制，专门加入噪音消除功能模块，通过加入N次谐波补偿的方式，使定子电流更接近正弦，从而达到消除或降噪的目的。下面是定子相电流波形得到了很好的改善，噪音得以明显的降低。
未加入噪音消除功能的电机相电流波形
加入噪音消除功能后的电机相电流波形
4.2 抗台风起动能力
对于空调室外风机，由于风机在室外，必须保证在各种自然条件的影响下能正常工作，特别是强风的影响下，风机能够正常起动、运行或报警。对于无位置传感的永磁同步电机矢量控制，由于动态响应快的特点，正常运行阶段在强台风下也能够正常工作。但是由于没有位置传感，需要有一个开环起动过程，来建立起转子位置和速度信号，这个起动过程力矩是比较小的，在强台风影响下，很难保证风机能可靠的起动。
为了抗台风，除了尽可能增大风机起动力矩外，本方案还增加了抗台风起动功能模块，保证风机能够成功起动或给出强台风报警信号。风机在停机时，强风吹动下风机的转速和方向跟风力的大小及风向有关，风机能否成功起动主要和起动前风机的风速相关。这样，首先需要通过程序检测出风机起动前的初始转速和方向，然后根据监测结果进行不同的起动过程处理，可分为如下三种情况：
当风机正转且转速大于一定值的情况下，直接进入运行模式。
强台风报警，停止正常起动
当风机转速太高，不能保证风机正常起动时，发出强台风报警，风机停止正常起动。
除1）和2）的其他情况，风机能够确保起动成功，按正常的起动程序起动风机。
经过模拟强台风测试，系统能够安全地起动和运行，同时在实际的室外环境测试中，在强风环境下起动、运行的性能也得到了验证。
4.3 电机缺相检测
为了保证风机正常起动、运行，每次电机起动前都要进行电机缺相检测，通过相应的功能函数检测出风机三相线是否连接正常和3相逆变桥是否完好，如果检测到缺相，则停止风机起动并报缺相警报，确保风机每次进入起动程序后都能够成功，同时使系统具有相应的错误诊断能力。
本文介绍的永磁同步电机的矢量控制方案，具有系统工作稳定可靠，效率高、低成本，节能及噪音小等特点，完全能够满足空调风机的实际使用要求。
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中国，日 —— 赛肯通信和意法半导体（简称ST）联合发布一个全新的采用双方技术的LTE跟踪定位平台。新产品命名CLOE，即Connecting and Locating Objects Everywhere的首字母缩写，在一个功能完整的平台内集结两家业界领先企业的物联网 (IoT) 技术，简化LTE网络物联网跟踪器的开发过程。
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备案号: 苏ICP备号-2& 永磁同步电机空间矢量控制方法设计实现
永磁同步电机空间矢量控制方法设计实现
摘 要：针对永磁同步电机结构复杂、模型非线性从而导致难以控制的问题，通过推导建立了其基于矢量控制下的简化的数学模型，仅通过控制电机交轴电流就可对其进行控制。在此基础上，对交轴电流进行调节，将其转换为基于两相静
【题　名】永磁同步电机空间矢量控制方法设计实现
【作　者】刘胜 戚磊 李冰
【机　构】哈尔滨工程大学自动化学院 黑龙江哈尔滨150001
【刊　名】《控制工程》2009年 第2期 247-250页　共4页
【关键词】永磁同步电机 矢量控制 空间矢量脉宽调制 数字信号处理器
【文　摘】针对永磁同步电机结构复杂、模型非线性从而导致难以控制的问题，通过推导建立了其基于矢量控制下的简化的数学模型，仅通过控制电机交轴电流就可对其进行控制。在此基础上，对交轴电流进行调节，将其转换为基于两相静止坐标系下的电压矢量，设计了以两相静止坐标系下的参考电压作为输入变量的空间矢量控制方法，借助于数字信号处理器（DSP）的强大功能对系统进行实现，给出了所设计的硬件结构图及软件流程图，并进行了仿真验证，且效果良好，证明了所建模型的正确性和系统的可行性。
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永磁同步电机,矢量控制,空间矢量脉宽调制,数字信号处理器
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永磁同步机矢量控制体系研究与实现
本学位论文主要以登奇的表贴式永磁同步电机为控制对象，以瑞萨的SH7146为微处理器，利用电压空间矢量控制策略实现转速电流的双闭环控制。主要从理论上探讨了永磁同步电机的结构
1.1本文研究的背景及意义
在直流电机、异步电机、同步电机三大电机系统中，永磁同步电机因其性能优良和结构多样，在工农业生产制造、日常生活以及航空航天事业等领域中得到广泛的应用。为使得电机有较好的控制性能，需要使用变频器对永磁同步电动机进行驱动和控制。因此，研究如何在通用变频器上实现永磁同步电动机矢量控制具有非常重要的实用价值：(1)永磁同步电机矢量控制系统是一种高性能的交流调速系统。由于永磁同步电机结构简单、体积小、重量轻、效率高、过载能力大、转动惯量小以及转矩脉动小等优点，并且利用矢量控制思想，永磁同步电机可以使得输出转矩随定子电流线性变化，永磁同步电机矢量控制系统可以达到优越的控制性能⑴。(2)我国是世界上最早利用磁的国家，早在公元前2500年前后就己经有相关天然.磁石的记载。同时，永磁材料产业的发展与电子信息、通信技术、矿业、航空航天、交通运输等行业密切相关，具有重要的战略意义[24]。(3)微电子技术的发展促进了数字技术在调速系统中的应用，配合高效软件可提供较好的灵活性和控制性能。电机控制系统的数字化进程是实现现代调速系统发展的方向之一。相比于模拟控制，数字控制更易于实现先进控制策略，同时数字控制系统的硬件成本低、结构简单且高效节能。
1.2永磁同步电机及其控制技术的研究现状
1.2.1永磁同步电机的发展
人类最早发明的电机是利用天然磁铁建立磁场的。1821年9月，法拉第发现通电导线在磁场中会受到力的作用，他第一次实现了把电能转化为机械能，从而在实验室建立了最初的电机模型，被认为是世界上第一台电机。1831年，在发现电磁感应现象之后不久，法拉第利用电磁感应原理发明了世界上第一台真正意义上的电机&&法拉第圆盘发电机。1832年，斯特金发明了换向器，制作了世界上第一台能够连续运动的旋转电机。1845年，英国的惠斯通用电磁铁代替永久磁铁，并取得了专利权，这是增强发电机输出功率的一个重要措施。1967年，杉钴永磁材料的出现，开创了永磁电机发展的新纪元。随着科学技术的发展，各类电机不断问世，电机的种类越来越多。主要分为直流电机和交流电机两大类，而交流电机主要分为异步电机和同步电动机。异步电机结构简单，造价低廉且维护较少，可应用于在环境恶劣的场合，但也存在不少缺点，运转过程中电机发热导致转子电阻变化从而影响矢量控制性能。在交流调速系统发展初期，异步电动机在调速系统中得到了广泛的应用。相反，在变频器出现之前，同步电机的应用相对较少，主要是因为同步电机在工频电源下，静止的电机转子在定子旋转磁场的一个周期内受到的平均转矩为零，即同步电机无法实现自启动。因此，在变频器的广泛应用之前，在工业应用中对同步电机进行调速是及其困难的。在大功率范围内的同步电机应用也往往是用来改善电网功率因数，直到变频电源技术的发展，才解决了上述问题，最终推动永磁同步电动机在工业调速系统中的发展与应用[6_8]。随着永磁材料性能的提高和价格的降低，以永磁同步电机为执行机构的交流调速系统已经成为当今调速系统的主流。交流永磁电机根据电机主磁场在定子绕组中感应出的电动势波形的不同，主要分为两大类：相感应电势波形为梯形波的称为无刷直流电机(The Brushless DC Motor,简称BLDC)，相感应电势波形为正弦波的称为永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM)。其相感应电势与电流之间的关系如图1.1所示。为产生恒定转矩，控制BLDC需要三相对称方波电流，而控制PMSM则需二相对称正弦电流。
2永磁同步电机的数学模型及矢量控制原理
2.1永磁同步电机的分类与结构
因为永磁同步电机的转子上永磁体的安装方式的不同，则电机的制造工艺、适用场所、运行性能、控制方法也都有所不同。根据永磁体在转子上的位置不同，永磁同步电机可分为:(i)表贴式永磁同步电机（Surface-mounted&PMSM,简称SPMSM或SPM)，其转子结构如下图所示。SPM电机转子上的永磁体位于转子铁芯的表面，通常呈瓦片形，为电机提供径向磁通。另外，因外包钢膜上的感生祸流损耗，造成较大的铁损，而且气隙较大，导致其效率较低。但磁阻转矩较小，若对其进行合理的控制可获得较好的低速运转特性。(ii)内埋式永磁同步电机（Interior&PMSM，简称IPMSM或IPM),此类电机转子上的永磁体位于转子内部，通常呈条状。由于此种转子具有不对称的磁路结构，所以它比SPMSM多一部分磁阻转矩，从而大大提高了电机的功率密度且易于实现弱磁控制。同时，由于永磁体在转子铁芯内部，所以这类电机有更加坚固的转子结构，适合运转于高速场合。IPM的定子电感随转子磁极位置非线性变化，所以IPM的控制性能随定子电流换相相移影响。SPM与IPM的转子结构如图2.1所示。本文主要研究SPMSM的数学模型及其矢量控制方法。
3永磁同步电机矢量控制系统的Matlab仿真..........&19
3.1 PMSM矢量控制系统仿真模型的搭建.........&19
3.1.1系统中各仿真模块的搭建.........&19
3.1.2矢量控制系统的仿真模型.........&25
3.2仿真结果.........&25
3.3本章小结&.........27
4永磁同步电机的参数辨识.........&27
4.1电机参数的辨识原理.........&29
4.1.1电枢电阻的辨识原理.........29
4.1.2交直轴电感的辨识原理.........&29
4.1.3反电势系数的辨识原理.........&30
4.2电机参数的辨识方案.........&31
4.2.1电枢电阻的辨识方案.........&31
4.2.2 dq轴电感的辨识方案.........&32
4.3参数辨识的实验波形及结果.........&33
4.3.1参数辨识的实验波形.........&34
4.3.2参数辨识结果.........&35
4.4本章小结.........&35
5永磁同步电机控制系统的软硬件.........&37
5.1系统的硬件平台.........&37
5.2系统的软件设计.........&37
5.3本章小结.........&49
永磁同步电机具有转动惯量小、结构简单、效率高等优点，已经使得它在交流调速系统中占据非常重要的地位。随着电力电子器件的发展及高性能微处理器芯片的诞生，数字控制的永磁同步电机控制系统正在向数字化、智能化、通用化、高效节能等方向发展。本论文以表贴式永磁同步电机为研究对象，以转子磁场定向的矢量控制算法为控制方法，以SVPWM为调制算法来研究永磁同步电机矢量控制系统。介绍了系统的硬件实验平台，主要完成了系统的软件设计。本文主要完成以下几方面的工作：
(1)永磁同步电机矢量控制理论分析。首先建立永磁同步的电机在dq坐标系下的数学模型，并在此数学模型上引入永磁同步电机的矢量控制原理，分析常用矢量控制方法的优缺点，最终确定id=0的控制策略。
(2)介绍电流调节器和转速调节器的工程设计方法，引出了电机参数对矢量控制系统性能的重要性，所以为了得到优良的稳态运行特性和动态响应特性，必须对永磁同步电机的参数进行辨识。
(3)借助于Matlab7.2/SimUlink这个强大的仿真软件，对整个矢量控制系统进行仿真。给出电机正常启动及稳定运行中加卸载的仿真电流波形及转速波形。仿真结果验证了永磁同步电机矢量控制的可行性及控制性能的优越性。
(4)将上述理论研究和仿真分析应用了实际系统中。首先介绍了系统的硬件平台，主要完成软件设计及调试工作。最终对实际系统的带载启动特性，加卸载特性，转矩特性进行测试分析，最后对整个系统进行评价。
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