毕业设计(论文)-永磁同步电机变频调速系统的MATLAB仿真研究.doc
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1、天津工业大学毕业设计(论文)永磁同步电机变频调速系统的MATLAB仿真研究姓 名: XX 院(系)别: 电子与信息工程学院专 业: 电子信息工程 班 级: 电子083班 指导教师: 黄鹏 2012年 6 月 6 日 天津工业大学毕业设计(论文)任务书 题目永磁同步电机变频调速系统的MATLAB仿真研究学生姓名学院名称电子与信息工程学院专业班级电子083课题类型 实际课题课题意义永磁同步电机具有高转矩/惯量比、高功率密度、高效率、体积小、响应快等优点。近年来,随着材料技术的不断发展,永磁材料性能的不断提高以及永磁电机控制技术的不断成熟,永磁电机在电动汽车、数控机床、工业机器人、家用空调、仪表、计
2、算机外围设备、音响设备、航空设备等众多场合获得了广泛应用。本课题拟研究永磁同步电机的高性能矢量控制及其MATLAB仿真建模。 任务与进度要求2.21-2.28 了解课题背景,查找借阅相关资料文献,学习相关软件。3.1-3.14 根据课题任务和要求设计总体的设计方案。3.15-4.15 开始设计工作,搭建所需电路的模型,对电路进行仿真。4.16-5.14 对模型进行调试,得到仿真波形,开始撰写毕业论文。5.15-6.10 修改毕业论文,装订提交并准备答辩。主要参考文献1 杨玉杰,汪仁先.基于MATLAB的SVPWM变频调速系统的仿真J.鞍山钢铁学院学报,2002,25(4):245.2 Joao
3、 Onofre Pereira Pinto.Analysis of Extended Constant Power Speed Range of the Permanent Magnet Synchronous Machine Driven by Dual Mode Inverter ControlD.The University of Tennessess,Knoxville,2001.3 HoangE,etal. Influence of Magnetic Losses on Maximum Power Limits of Synchronous Permanent Magnet Driv
4、es in Flux-Weake-ning ModeC.IEEEInd.Appl.Society Annual Meeting(IAS2000):299-303.4 王小明,王玲.电动机的DSP控制-TI公司DSP应用M.北京:北京航空航天大学出版社,2004.5 孙业树,周新云,李正明.空间矢量PWM的SIMULINK仿真J.农机化研究,2003,4(2):105-106.6 刘永飘,钟彦儒,徐艳平.永磁交流伺服系统矢量控制仿真J.电气传动自动化2006,28(1):18-21.7 李永东. 交流电机数字控制系统M. 北京:机械工业出版社.2002.起止日期2012.2.212012.6.1
5、0备注 院长 教研室主任 指导教师 毕业设计(论文)开题报告表 2012 年 2 月 28 日姓名学院电子与信息工程学院专业电子信息工程班级电子083题目永磁同步电机变频调速系统的MATLAB仿真研究指导教师黄鹏1、 与本课题有关的国内外研究情况、课题研究的主要内容、目的和意义: 国内外研究情况:自20世纪80年代以来交流调速技术发展很快,同时,随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的迅猛发展,交流电机变频调速已经逐步取代直流电机调速,并经历了采用电压频率协调控制(即V/F比为常数)、转差频率控制、矢量控制以及直接转矩控制的发展过程。其中,矢量控制采用坐标变换的方法,分别控制励磁电流分量和
6、转矩电流分量,具有和直流电动机一样好的动态调速特性,由于这种方法采用了坐标变换,所以对控制器的运算速度、处理能力等性能要求较高,随着DSP等控制芯片的出现,这种控制方法得到了广泛应用;并大大改善了系统的静态和动态性能,具有结构简单、容易实现、控制精度高等特点。 主要内容:了解永磁同步电机(PMSM)的原理与结构,掌握矢量控制原理、用MATLAB实现永磁同步电机的控制。 目的和意义:永磁同步电机具有高转矩/惯量比、高功率密度、高效率、体积小、响应快等优点。近年来,随着材料技术的不断发展,永磁材料性能的不断提高以及永磁电机控制技术的不断成熟,永磁电机在电动汽车、数控机床、工业机器人、家用空调、仪表
7、、计算机外围设备、音响设备、航空设备等众多场合获得了广泛应用。本课题拟研究永磁同步电机的高性能矢量控制及其MATLAB仿真建模。二、进度及预期结果:起止日期主要内容预期结果2.21-2.283.1-3.143.15-4.154.16-5.145.15-6.10了解课题背景,查找借阅相关资料文献,学习相关软件。根据课题任务和要求设计总体的设计方案。开始设计工作,搭建所需电路的模型,对电路进行仿真。对模型进行调试,得到仿真波形,开始撰写毕业论文。修改毕业论文,装订提交并准备答辩。明确课题任务和要求完成总体设计方案完成电路模型的搭建调试成功,得到仿真波形完成毕业论文,通过答辩。完成课题的现有条件电脑
8、一台,MATLAB等相关编程仿真软件,相关文献资料审查意见指导教师: 年 月 日学院意见 主管领导: 年 月 日天津工业大学毕业设计(论文)进度检查记录题目永磁同步电机变频调速系统的MATLAB仿真研究学生姓名学院名称电子与信息工程学院专业班级电子083班指导教师姓名黄鹏指导教师职称副教授日 期指 导 记 录2012.2.21指导并督促完成开题报告表和任务书2012.2.28指导课题的总体方案设计2012.3.5比较几种总体方案2012.3.12指导选择最佳的总体设计方案2012.3.19指导学习MATLAB及SIMLINK仿真环境2012.3.26指导搭建仿真模型2012.4.2指导设置模块
9、参数和仿真参数2012.4.9指导检查修改电路模型2012.4.16指导进行电路仿真2012.4.23指导调试仿真模型2012.5.1指导获取仿真波形2012.5.8指导论文的撰写格式和注意事项,要求开始写论文2012.5.15检查论文初稿,指出文中错误和不足,令其修改补充2012.5.23检查修改后的论文2012.6.1查看论文打印效果,进一步提出修改意见2012.6.8检查答辩幻灯片,指导答辩天津工业大学本科毕业设计(论文)评阅表(论文类)题目永磁同步电机变频调速系统的MATLAB仿真研究学生姓名学生班级电子083指导教师姓名黄鹏评审项目指标满分评分选题能体现本专业培养目标,使学生得到较全
10、面训练。题目大小、难度适中,学生工作量饱满,经努力能完成。10题目与生产、科研等实际问题结合紧密。10课题调研、文献检索能独立查阅文献以及从事其他形式的调研,能较好地理解课题任务并提出实施方案;有分析整理各类信息,从中获取新知识的能力。15论文撰写结构严谨,理论、观点、概念表达准确、清晰。10文字通顺,用语正确,基本无错别字和病句,图表清楚,书写格式符合规范。10外文应用能正确引用外文文献,翻译准确,文字流畅。5论文水平论文论点正确,论点与论据协调一致,论据充分支持论点,论证过程有说服力。15有必要的数据、资料支持,数据、资料翔实可靠,得出的结论有可验性。15论文有独到见解或有一定实用价值。1
11、0合计100意见及建议:评阅人签名: 年 月 日天津工业大学毕业设计(论文)成绩考核表学生姓名学院名称电子与信息工程学院专业班级电子083题目永磁同步电机变频调速系统的MATLAB仿真研究1毕业设计(论文)指导教师评语及成绩:成绩: 指导教师签字: 年 月 日2毕业设计(论文)答辩委员会评语及成绩: 成绩:答辩主席(或组长)签字: 年 月 日3毕业设计(论文)总成绩:a.指导教师给定成绩b.评阅教师给定成绩c.毕业答辩成绩总成绩(a0.5+b0.2+c0.3)摘 要永磁同步电机具有高转矩/惯量比、高功率密度、高效率、体积小、响应快等优点。近年来,随着材料技术的不断发展,永磁材料性能的不断提高以
12、及永磁电机控制技术的不断成熟,永磁电机在电动汽车、数控机床、工业机器人、家用空调、仪表、计算机外围设备、音响设备、航空设备等众多场合获得了广泛应用。本文在分析PMSM的数学模型和矢量控制理论的基础上,提出了PMSM的矢量控制建模的方法。利用MATLAB/SIMLINK软件环境的强大仿真功能,搭建PMSM的矢量控制双闭环模型,简单介绍了模型中各个组成部分:电流模块,速度模块,PMSM电机主体模块,并对仿真结果进行分析。关键词:永磁同步电机;仿真建模 ;Matlab;矢量控制 ABSTRACTThe permanent magnet synchronous motor with high torq
13、ue/inertia than high power density high efficiency advantages such as small volume of fast response in recent years, along with the development of material, permanent magnetic material properties and the continuous improvement of the permanent magnet motor control technology continues to mature, per
14、manent magnet motor in the electric car numerical control machine tool industry robot family expenses air conditioning instrument computer peripheral audio equipment aviation equipment and so on numerous occasions has widespread application.Based on the analysis of mathematical models of PMSM and th
15、eories of vector control,this novel proposed PMSM vector control modeling method. Under the powerful simulation function,we used MATLAB/SIMLINK software to establish the vector control structures PMSM double-loop model,and briefly introduced components of the model: current module, speed module, the
16、 main motor module of PMSM, and analysis of the simulation results.Key words:permanent-magnet synchronous motor; modeling and simulation; Matlab; vectorcontrol目录第一章 绪 论11.1 永磁同步电动机的国内外研究现状11.2 Matlab/Simlink简介21.3本文研究的主要内容3第二章 永磁同步电动机系统42.1 永磁同步电动机42.2 永磁同步电动机的结构5第三章 PID算法73.1 PID算法介绍73.2 PID算法原理73.
17、3 PID算法数学模型9第四章 永磁同步电机的矢量控制134.1 矢量控制原理及电机方程134.1.1 矢量控制基本思想和原理134.1.2 矢量控制系统等效电机方程144.2 永磁同步电机矢量控制数学模型154.2.1 永磁同步电机的物理方程154.2.2 永磁同步电机的矢量控制模型164.2.3 永磁同步电机等效电路17第五章 仿真结果与分析205.1 Simlink的仿真步骤205.2 矢量坐标变换的仿真225.3正弦波永磁同步电动机变频调速系统仿真23结论27参考文献28附 录30谢 辞4646第一章 绪 论1.1 永磁同步电动机的国内外研究现状早期对永磁同步电机的研究主要为固定频率供
18、电的永磁同步电机运行特性的研究,特别是稳态特性和直接起动性能的研究。永磁同步电动机的直接起动是依靠阻尼绕组提供的异步转矩将电机加速到接近同步转速,然后由磁阻转矩和同步转矩将电机牵入同步。V.B.Honsinger和M.A.Rahman等人在这方面做了大量的研究工作。上个世纪八十年代国外开始对逆变器供电的永磁同步电动机进行深入的研究。逆变器供电的永磁同步电机与直接起动的永磁同步电机的结构基本相同,但在大多数情况下无阻尼绕组。阻尼绕组有以下缺点:第一,阻尼绕组产生热量,使永磁材料温度上升;第二,阻尼绕组增大转动惯量、使电机力矩惯量比下降;第三,阻尼绕组的齿槽使电机脉动力矩增大。在逆变器供电情况下,
19、永磁同步电机的原有特性将会受到影响,其稳态特性和暂态特性与恒定频率下的永磁同步电机相比有不同的特点。1980年后发表了大量的论文研究永磁同步电动机的数学模型、稳态特性、动态特性。A.V.Gumaste等研究了电压型逆变器供电的永磁同步电动机稳态特性及电流型逆变器供电的永磁同步电机稳态特性。随着对永磁同步电机调速系统性能要求的不断提高,需要设计出高效率、高力矩惯量比、高能量密度的永磁同步电机,G.R.Slemon等人针对调速系统快速动态性能和高效率的要求,提出现代永磁同步电机的控制方法。随着微型计算机技术的发展,永磁同步电动机矢量控制系统的全数字控制也取得了很大的发展。D.Naunin等研制了一
20、种永磁同步电动 机矢量控制系统,采用了十六位单片机8097作为控制计算机,实现了高精度、高动态响应的全数字控制。八十年代末,九十年代初B.K.Bose等发表了大量关于永磁同步电动机矢量控制系统全数字控制的论文。永磁同步电动机矢量控制系统转速控制器大多采用比例积分(PI)控制。PI控制器具有结构简单,性能良好,对被控制对象参数变化不敏感等优点。1991年,R.B.Sepe首次在转速控制器中采用自校正控制。早期自适应控制主要应用于直流电机调速系统。国立台湾大学刘天华等首次将鲁棒控制理论应用于永磁同步电动机伺服驱动。电机在运行过程中,模型和参数是不断变化的,参数和模型的变化将引起控制系统性能的降低。
21、现代控制理论中的各种鲁棒控制技术能够使控制系统在模型和参数变化时保持良好的控制性能。因此,将各种鲁棒控制技术运用于电机调速领域,可以大大提高调速系统的性能。在这方面,运用的较为成功的控制技术主要有:自适应控制,变结构控制,参数辨识技术等。自适应控制技术能够改善控制对象和运行条件发生变化时控制系统的性能,N.Matsui,J.H.Lang等人将自适应控制技术应用于永磁同步电机调速系统。仿真和实验结果表明,自适应控制技术能够使调速系统在电机参数发生变化时保持良好的性能。滑模变结构控制由于其特殊的“切换”控制方式与电机调速系统中逆变器的“开关”模式相似,并且具有良好的鲁棒控制特性,因此,在电机控制领
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