永磁同步電機（PMSM）由于其重量輕、可靠性良好、體積較小等優(yōu)勢，目前以成為各種車輛中最為理想的執(zhí)行單元。隨著計算機科學、智能控制算法及特殊永磁材料的高速發(fā)展，PMSM已被廣泛的應用于各種領(lǐng)域中。

本期通過理論研究，將電壓空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）方法應用于PMSM中，利用SVPWM電壓利用率高等特點，提高了PMSM的可靠性，為實際的PMSM的設計與開發(fā)提供了思路。

1、永磁同步電機數(shù)學模型

為了對PMSM進行控制分析，首先需要構(gòu)建PMSM的數(shù)學模型。在此，忽略PMSM中渦流、磁阻及磁滯的損耗，其數(shù)學模型如下所示：

式中，ud和uq表示定子電壓d軸和q軸的分量；id和iq表示定子電流d軸和q軸的分量；Φd和Φq為兩軸的定子磁鏈；Φf為永磁體磁鏈；Rs為定子繞組電阻；P為電機極對數(shù)；p為微分算子；Te為電磁轉(zhuǎn)矩。

2、基于Simulink的PMSM仿真建模

基于Matlab2020的Simulink軟件所建立的PMSM矢量控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖如下所示：

系統(tǒng)主要由逆變器、位置速度檢測、SVPWM、PMSM等組成。系統(tǒng)中，速度環(huán)和電流環(huán)由PI調(diào)節(jié)器進行控制。

2.1、永磁同步電機模塊

本文搭建的PMSM模塊基于軟件自帶的Permanent Magnet SynchronousMachine的模塊，該模型的輸入為A、B、C三相電壓輸入和負載轉(zhuǎn)矩Tm，電機的輸出量為m。通過Permanent Magnet SynchronousMachine模型可以檢測轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子、電流等信息。

2.2、主電路模塊

主電路模塊采用軟件自帶的Universal Bridge模塊，該模塊實現(xiàn)了所選電力電子設備的橋接。串聯(lián)RC緩沖電路與每個開關(guān)器件并聯(lián)。當模型離散化時，按Help獲取建議的緩沖器值。對于大多數(shù)應用，二極管和晶閘管的內(nèi)部電感Lon應設置為零。備注：逆變器輸出線電壓應該等于udc直流測電壓。

2.3、Park變換模塊

Park變換器的定義：Park變換是將兩相靜止坐標下的電流變換到旋變坐標d、q下，其Simulink模型結(jié)構(gòu)圖為：

2.4、Clarke模塊

Clarke變換器的定義：將三相對稱坐標變換成兩相靜止坐標。

2.5、SVPWM模塊

SVPWM主要以三相對稱正弦波電壓供電時三相對稱電動機定子理想磁鏈圓為參考標準，以三相逆變器不同開關(guān)模式作適當?shù)那袚Q，從而形成PWM波。通過形成的實際磁鏈來準確跟蹤磁鏈圓，繼而達到理想的控制效果。

三相電壓型逆變電路上下橋臂的開關(guān)狀態(tài)互為補充，所以只需要用上橋臂的開關(guān)狀態(tài)就足以描述逆變器的工作狀態(tài)。

（1）電壓空間矢量

電壓空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）中的空間矢量既有正弦性，又應該具有時間上的正弦性。

（2）電壓扇區(qū)判斷

判斷參考電壓矢量所在扇區(qū)：

計算X、Y、Z以及T1、T2：

2.6、脈沖輸出模塊

3、仿真分析

本期基于PMSM的數(shù)學模型，基于Simulink軟件，采用SVPWM矢量控制策略搭建了永磁同步電機閉環(huán)控制模型。根據(jù)仿真結(jié)果可知：基于SVPWM的控制策略具有良好的靜態(tài)和動態(tài)特性，仿真波形符合理論分析，系統(tǒng)運行較平穩(wěn)。