基于FOC的PMSM速度控制系统的研究 根据磁场定向控制理论以及永磁同步电动机调速控制系统的控制方案建立仿真模型，并对永磁同步 电动机的调速过程进行仿真。 仿真结果较好地反映了永磁同步电动机的调速运行过程，对进一步开发永磁同步电动机速度控制系 统具有重要意义。 l 近年来，随着控制理论、永磁材料和电力电子技术的发展，基于磁场定向控制的永磁同步电动机 (PMSM)以其优良的控制性能、高功率密度和高效率，广泛应用于各种高性能伺服系统及其他领域。 本文对永磁同步电动机的磁场定向控制(FOC)系统进行了理论研究与分析，并运用 Matlab/Simulink对其调速系统进行建模与仿真。   2 永磁同步伺服电动机的模型是一个多变量、非线性、强耦合系统。为了实现动态过程的矢量控制 ，首先要实现解耦。转子磁场定向控制是一种常用的解耦控制方法。 转子磁场定向控制实际上是将Odq同步旋转坐标系放在转子上，随转子同步旋转。其d轴(直轴)与转 子的磁场方向重台(定向)，q轴(交轴)逆时针超前d轴90°电角度，如图1所示。 图l(图中转子的磁极对数为1)表示转子磁场定向后，定子三相不动坐标系A、B、c与转子同步旋转 坐标系Odq的位置关系。定子电流矢量is在Odq坐标系上的投影id、iq可以通过对iA、iB、iC的 Clarke变换(3/2变换)和Park变换(交/直变换)求得，因此id、iq是直流量。   

三相永磁同步伺服电动机的转矩方程为： 式中，ψd、ψq——定子磁链在d、q轴的分量； ψf——转子磁钢在定子上的耦合磁链，它只在d轴上存在； p——转子的磁极对数； Ld、Lq——永磁同步电动机d、q轴的主电感。 式(1)说明转矩由两项组成，括号中的第一项是由三相旋转磁场和永磁磁场相互作用所产生的电磁 转矩；第二项是由凸极效应引起的磁阻转矩。 对于嵌入式转子，Ld

  4   4.1 在Matlab7.2的Simulink环境下，利用SimPow-erSystem Toolbox2.3丰富的模块库，建立PMSM控制 系统仿真模型。 PMSM的FOC系统采用双闭环控制方案：外环为转速环，由PID调节器构成；内环是电流环，采用的是 矢量控制。根据模块化的思想，将控制系统分割为各个功能独立的子模块。其中主要包括：PMSM数 学模型、矢量控制模块、坐标变换模块、电流以及转速PID控制模块。PMSM的FOC数字仿真模型如图 3所示。 4.2 PMSM状态参数设置如表1所示。     



仿真结果曲线如图4所示，图中横轴为时间，纵轴自上而下分别为定子电流、转速设定/转子转速、 转矩设定/电磁转矩/机械转矩、直流母线电压。 从永磁同步电动机FOC数字仿真结果可以得出以下结论： (1)电机在启动阶段，转速保持稳定加速状态。当达到设定速度时，转速基本保持平稳，波动较小 ； (2)由于采用了闭环控制结构，负载转矩的变化所引起的扰动得到有效的补偿，因此转速保持稳定 ； (3)直流母线电压只在启动时有一定的脉冲，在调速过程中均保持平稳态势； (4)定子驱动电流的频率和幅值的调制由FOC/SVPWM实现，基本满足调速性能指标要求。 5 在Matlab/Simulink的可视化编程环境下，数字仿真PMSM速度控制系统，证明了基于FOC的电流、速 度双闭环SVP-WM的控制性能优良。