現(xiàn)代永磁同步電機控制原理及MATLAB仿真

第1部分　基礎(chǔ)篇
第1章　三相永磁同步電機的數(shù)學(xué)建模……………………………………………… 3
1．1　三相PMSM 的基本數(shù)學(xué)模型………………………………………………… 3
1．2　三相PMSM 的坐標變換……………………………………………………… 5
1．2．1　Clark變換與仿真建?！?5
1．2．2　Park變換與仿真建?！?7
1．2．3　兩種常用坐標系之間的關(guān)系…………………………………………… 9
1．3　同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學(xué)建?！?10
1．3．1　數(shù)學(xué)建模………………………………………………………………… 10
1．3．2　仿真建?！?12
1．4　靜止坐標系下的數(shù)學(xué)建?！?22
1．4．1　數(shù)學(xué)建?！?22
1．4．2　仿真建?！?24
參考文獻…………………………………………………………………………… 25
第2章　三相電壓源逆變器PWM 技術(shù)…………………………………………… 27
2．1　三相電量的空間矢量表示…………………………………………………… 27
2．2　SVPWM 算法的合成原理………………………………………………… 31
2．2．1　基于軟件模式的合成…………………………………………………… 33
2．2．2　基于硬件模式的合成…………………………………………………… 34
2．3　SVPWM 算法的實現(xiàn)……………………………………………………… 36
2．3．1　參考電壓矢量的扇區(qū)判斷……………………………………………… 36
2．3．2　非零矢量和零矢量作用時間的計算…………………………………… 37
2．3．3　扇區(qū)矢量切換點的確定………………………………………………… 38
2．4　SVPWM 算法的建模與仿真……………………………………………… 39
2．4．1　基于Simulink的仿真建?！?39
2．4．2　基于s函數(shù)的仿真建?！?43
2．4．3　基于SVPWM 模塊的仿真建模……………………………………… 51
2．5　SPWM 算法的實現(xiàn)………………………………………………………… 56
2．5．1　常規(guī)SPWM 算法的實現(xiàn)……………………………………………… 56
2．5．2　基于三次諧波注入的SPWM 算法的實現(xiàn)…………………………… 59
2．5．3　基于零序分量注入的SPWM 算法的實現(xiàn)…………………………… 62
參考文獻…………………………………………………………………………… 65
第3章　三相永磁同步電機的矢量控制…………………………………………… 66
3．1　PMSM 的滯環(huán)電流控制…………………………………………………… 66
3．1．1　滯環(huán)電流控制的基本原理……………………………………………… 66
3．1．2　仿真建模與結(jié)果分析…………………………………………………… 67
3．2　PMSM 的PI電流控制……………………………………………………… 70
3．2．1　轉(zhuǎn)速環(huán)PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定………………………………………… 70
3．2．2　電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定………………………………………… 72
3．3　基于PI調(diào)節(jié)器的PMSM 矢量控制………………………………………… 75
3．3．1　仿真建?！?75
3．3．2　仿真結(jié)果分析…………………………………………………………… 79
3．4　基于滑模速度控制器的PMSM 矢量控制………………………………… 80
3．4．1　滑模控制的基本原理…………………………………………………… 80
3．4．2　滑模速度控制器的設(shè)計………………………………………………… 82
3．4．3　仿真建模與結(jié)果分析…………………………………………………… 83
3．5　靜止坐標系下的PMSM 矢量控制………………………………………… 86
3．5．1　比例諧振控制的基本原理……………………………………………… 86
3．5．2　基于比例諧振控制的矢量控制器設(shè)計………………………………… 90
3．5．3　仿真建模與結(jié)果分析…………………………………………………… 91
參考文獻…………………………………………………………………………… 94
第4章　三相永磁同步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制……………………………………… 95
4．1　PMSM 直接轉(zhuǎn)矩控制原理………………………………………………… 95
4．1．1　三相電壓源逆變器的工作原理………………………………………… 97
4．1．2　磁鏈和轉(zhuǎn)矩控制原理…………………………………………………… 98
4．1．3　直接轉(zhuǎn)矩控制開關(guān)表的選擇…………………………………………… 99
4．2　傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制MATLAB仿真……………………………………… 100
4．2．1　仿真建?！?100
4．2．2　仿真結(jié)果分析………………………………………………………… 105
4．3　基于滑模控制的直接轉(zhuǎn)矩控制…………………………………………… 106
4．3．1　PMSM 的矢量數(shù)學(xué)模型……………………………………………… 107
4．3．2　基于滑?？刂频闹苯愚D(zhuǎn)矩控制器設(shè)計……………………………… 107
4．4　基于滑模控制的直接轉(zhuǎn)矩控制的MATLAB仿真……………………… 109
4．4．1　仿真建?！?109
4．4．2　仿真結(jié)果分析………………………………………………………… 111
參考文獻…………………………………………………………………………… 113
第2部分　進階篇
第5章　基于基波數(shù)學(xué)模型的三相永磁同步電機無傳感器控制………………… 117
5．1　傳統(tǒng)滑模觀測器算法……………………………………………………… 117
5．1．1　傳統(tǒng)滑模觀測器設(shè)計………………………………………………… 117
5．1．2　基于反正切函數(shù)的轉(zhuǎn)子位置估計…………………………………… 119
5．1．3　基于鎖相環(huán)的轉(zhuǎn)子位置估計………………………………………… 120
5．1．4　基于反正切函數(shù)的仿真建模與結(jié)果分析…………………………… 122
5．1．5　基于鎖相環(huán)的仿真建模與結(jié)果分析………………………………… 122
5．2　自適應(yīng)滑模觀測器算法…………………………………………………… 132
5．2．1　自適應(yīng)滑模觀測器設(shè)計……………………………………………… 132
5．2．2　仿真建模與結(jié)果分析………………………………………………… 134
5．3　同步旋轉(zhuǎn)坐標系下滑模觀測器算法……………………………………… 138
5．3．1　滑模觀測器設(shè)計……………………………………………………… 138
5．3．2　基于鎖相環(huán)的轉(zhuǎn)子位置估計………………………………………… 140
5．3．3　仿真建模與結(jié)果分析………………………………………………… 142
5．4　模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)……………………………………………………… 147
5．4．1　參考模型與可調(diào)模型的確定………………………………………… 148
5．4．2　參考自適應(yīng)律的確定………………………………………………… 149
5．4．3　仿真建模與結(jié)果分析………………………………………………… 151
5．5　擴展卡爾曼濾波器算法…………………………………………………… 151
5．5．1　PMSM 的數(shù)學(xué)建?！?155
5．5．2　擴展卡爾曼濾波器的狀態(tài)估計……………………………………… 157
5．5．3　仿真建模與結(jié)果分析………………………………………………… 158
參考文獻…………………………………………………………………………… 164
第6章　基于高頻信號注入的三相永磁同步電機無傳感器控制………………… 166
6．1　高頻激勵下的三相PMSM 數(shù)學(xué)模型……………………………………… 166
6．2　高頻載波信號的選擇……………………………………………………… 167
6．3　旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號注入法………………………………………………… 168
6．3．1　旋轉(zhuǎn)高頻電壓激勵下三相PMSM 的電流響應(yīng)……………………… 168
6．3．2　凸極跟蹤轉(zhuǎn)子位置估計方法………………………………………… 169
6．3．3　仿真建模與結(jié)果分析………………………………………………… 171
6．4　脈振高頻電壓信號注入法………………………………………………… 175
6．4．1　脈振高頻電壓激勵下三相PMSM 的電流響應(yīng)……………………… 175
6．4．2　轉(zhuǎn)子位置估計方法…………………………………………………… 177
6．4．3　仿真建模與結(jié)果分析………………………………………………… 178
參考文獻…………………………………………………………………………… 181
第3部分　高級篇
第7章　六相永磁同步電機的數(shù)學(xué)建模…………………………………………… 185
7．1　多相PMSM 的數(shù)學(xué)模型…………………………………………………… 185
7．2　六相PMSM 的基本數(shù)學(xué)模型……………………………………………… 187
7．3　兩種常用坐標變換之間的關(guān)系…………………………………………… 190
7．3．1　雙d q 坐標變換…………………………………………………… 190
7．3．2　矢量空間解耦坐標變換……………………………………………… 193
7．3．3　兩種坐標變換之間的關(guān)系…………………………………………… 195
7．4　同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學(xué)模型…………………………………………… 197
7．4．1　基于雙d q 坐標變換的數(shù)學(xué)模型………………………………… 197
7．4．2　基于矢量空間解耦變換的數(shù)學(xué)模型………………………………… 202
參考文獻…………………………………………………………………………… 204
第8章　六相電壓源逆變器PWM 技術(shù)…………………………………………… 206
8．1　多相電壓源逆變器PWM 算法…………………………………………… 206
8．2　傳統(tǒng)的兩矢量六相SVPWM 算法………………………………………… 207
8．2．1　六相電壓源逆變器的電壓矢量……………………………………… 207
8．2．2　傳統(tǒng)的兩矢量六相SVPWM 算法的實現(xiàn)…………………………… 209
8．3　四矢量SVPWM 算法……………………………………………………… 211
8．3．1　四矢量SVPWM 算法的實現(xiàn)………………………………………… 211
8．3．2　仿真建?！?216
8．4　三相解耦PWM 算法……………………………………………………… 222
8．4．1　三相解耦PWM 算法的實現(xiàn)………………………………………… 222
8．4．2　仿真建?！?223
8．5　基于雙零序信號注入的PWM 算法……………………………………… 225
8．5．1　基于雙零序信號注入的PWM 算法的實現(xiàn)………………………… 225
8．5．2　仿真建?！?226
參考文獻…………………………………………………………………………… 229
第9章　六相永磁同步電機的矢量控制…………………………………………… 231
9．1　多相電機矢量控制………………………………………………………… 231
9．2　六相PMSM 傳統(tǒng)矢量控制………………………………………………… 233
9．2．1　傳統(tǒng)矢量控制原理…………………………………………………… 233
9．2．2　仿真建模與結(jié)果分析………………………………………………… 234
9．3　基于VSD坐標變換的六相PMSM 矢量控制…………………………… 239
9．3．1　基于VSD坐標變換的六相PMSM 矢量控制原理………………… 239
9．3．2　仿真建模與結(jié)果分析………………………………………………… 240
9．4　基于雙d q 坐標變換的六相PMSM 矢量控制………………………… 240
9．4．1　基于雙d q 坐標變換的六相PMSM 矢量控制原理……………… 240
9．4．2　仿真建模與結(jié)果分析………………………………………………… 244
9．5　兩種矢量控制策略之間的關(guān)系…………………………………………… 248
9．6　靜止坐標系下六相PMSM 矢量控制……………………………………… 249
9．6．1　靜止坐標系下六相PMSM 矢量控制的基本原理…………………… 249
9．6．2　仿真建模與結(jié)果分析………………………………………………… 250
參考文獻…………………………………………………………………………… 256
第10章　五相永磁同步電機的數(shù)學(xué)建模與矢量控制…………………………… 257
10．1　五相PMSM 的基本數(shù)學(xué)模型…………………………………………… 257
10．2　五相PMSM 的坐標變換………………………………………………… 259
10．2．1　坐標變換……………………………………………………………… 259
10．2．2　仿真建模……………………………………………………………… 260
10．3　同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學(xué)模型…………………………………………… 261
10．3．1　數(shù)學(xué)模型……………………………………………………………… 261
10．3．2　仿真建?！?262
10．4　五相PMSM 矢量控制仿真……………………………………………… 265
參考文獻…………………………………………………………………………… 268