永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)仿真.doc
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摘 要 永磁同步電機(jī)相對(duì)于其它電機(jī)而言有著優(yōu)異的控制性能，廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活之中。而且，由于我國(guó)在永磁體稀土方面的資源極為豐富，這就使研究永磁同步電機(jī)的控制顯得十分重要。本文研究了永磁同步電機(jī)的控制策略，并做了仿真研究，為實(shí)際應(yīng)用提供了充分的理論依據(jù)。 論文對(duì)永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)進(jìn)行了分析，介紹了永磁同步電機(jī)控制中常用的三種坐標(biāo)系及相互變換關(guān)系，給出了永磁同步電機(jī)在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，重點(diǎn)介紹了d-q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，將矢量控制思想運(yùn)用于永磁同步電機(jī)的控制。在MATLAB/SIMULINK下，構(gòu)建系統(tǒng)的仿真模型，進(jìn)行仿真驗(yàn)證。利用MATLAB/SIMULINK搭建系統(tǒng)的仿真模型將會(huì)為實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供充分的理論依據(jù)。 本文所做工作的主要內(nèi)容如下：首先介紹了永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)及特點(diǎn)，并給出了永磁同步電機(jī)在不同坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)方程；深入討論了永磁同步電機(jī)矢量控制原理，合理劃分控制系統(tǒng)各個(gè)功能模塊，構(gòu)建永磁同步電機(jī)矢量閉環(huán)控制仿真模型，得出仿真結(jié)果。 關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；矢量控制；數(shù)學(xué)建模；仿真 Abstract Comparing with other motors, permanent magnet synchronous motor (PMSM) has its own excellent control properties, and has been applied to social activities popularly. What＇s more, there are quite abundant natural resources about the rare earth of permanent magnet in our country, which makes the research of PMSM＇s control very important. This article studies the control strategy of PMSM, which offers enough theoretical basis to practical application. The article analyzes the structure and characteristic of PMSM, and introduces three common coordinate series and the relationship of their mutual transformation in the PMSM＇s control. Moreover, it provides mathematical models of PMSM under the different coordinate series, especially introduces the mathematical mode under d-q coordinate series. On this basis, it takes the vector control principle to the permanent magnetism synchronous motor. Under MATLAB/SIMULINK, the simulation models of system are separately constructed and simulated. The simulation model using the MATLAB/SIMULINK toolbox will be able to provide the full theory basis to the actual system design. This thesis does the main work as follows: Firstly introduces the structure, classification and characteristic of the permanent magnetism synchronous machine under different coordinate system; Subsequently has discussed the vector control principle on permanent magnetism synchronous machine, reasonably divided the control system each function module, constructed the permanent magnetism synchronous machine vector closed-loop control simulation model, obtained the simulation result. Keywords： Permanent magnetism synchronous motor; Vector control; Mathematics modeling; Simulation 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 課題研究的背景 1 1.1.1 永磁同步電機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 1 1.1.2 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展 1 1.1.3 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展 3 1.2 本文主要工作 3 第2章 建模與仿真 4 2.1 建模與仿真的定義 4 2.2 實(shí)際系統(tǒng) 4 2.3 模型與建模關(guān)系 5 2.4 仿真關(guān)系 6 2.5 建模與仿真工作內(nèi)容 6 2.6本章小結(jié) 7 第3章 永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)及其數(shù)學(xué)模型 8 3.1 永磁同步電動(dòng)機(jī)的概述 8 3.1.1 同步電機(jī)的基本原理 8 3.1.2 永磁同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 8 3.1.3 永磁同步電機(jī)的分類(lèi) 9 3.1.4 永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)與應(yīng)用 10 3.2 永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型 12 3.2.1 電壓平衡方程 12 3.2.2 磁鏈方程 13 3.2.3 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 14 3.3 坐標(biāo)變換 16 3.3.1 三相靜止坐標(biāo)系(A-B-C軸系) 16 3.3.2 兩相靜止坐標(biāo)系(α-β軸系) 16 3.3.3 兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(d-q軸系) 17 3.3.4 三相靜止坐標(biāo)系與兩相靜止坐標(biāo)系間的變換(3s/2s) 17 3.3.5 兩相靜止坐標(biāo)系與兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系間的變換(2s/2r) 18 3.4 永磁同步電機(jī)在各個(gè)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 19 3.4.1 永磁同步電機(jī)A-B-C坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型 19 3.4.2 永磁同步電機(jī)α-β坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型 21 3.4.3 永磁同步電機(jī)d-q坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型 22 3.5 本章小結(jié) 25 第4章 永磁同步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng) 26 4.1 永磁同步電機(jī)的控制策略及仿真 26 4.1.1 矢量控制(SVPWM) 26 4.1.2 直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC) 27 4.1.3 基于空間矢量調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制(SVM-DTC) 27 4.1.4 模型參考自適應(yīng)控制(MRAS) 27 4.1.5 基于狀態(tài)觀測(cè)器控制 28 4.1.6 智能控制 28 4.2 永磁同步電機(jī)矢量控制的理論基礎(chǔ) 28 4.2.1 永磁同步電機(jī)磁場(chǎng)定向矢量控制的基本原理 28 4.2.2 永磁同步電機(jī)的矢量控制方法的選擇 31 4.3 MATLAB仿真工具箱簡(jiǎn)介 32 4.4 永磁同步電機(jī)矢量控制仿真模塊的建立 33 4.4.1 坐標(biāo)變換模塊 33 4.4.2 SVPWM模塊 33 4.4.3 逆變器模塊 38 4.5 仿真研究 38 4.6 本章小結(jié) 42 第5章 全文總結(jié) 44 參 考 文 獻(xiàn) 45 致 謝 47 附 錄 48 第1章 緒論 1.1 課題研究的背景 1.1.1 永磁同步電機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 永磁同步電機(jī)出現(xiàn)于 20 世紀(jì) 50 年代。其運(yùn)行原理與普通電激磁同步電機(jī)相同，但它以永磁體替代激磁繞組，使電機(jī)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性。隨著電力電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，20 世紀(jì) 70 年代，永磁同步電機(jī)開(kāi)始應(yīng)用于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。20 世紀(jì) 80 年代，稀土永磁材料的研制取得了突破性的進(jìn)展，特別是剩磁高、矯頑力大而價(jià)格低廉的第三代新型永磁材料釹鐵硼(NdFeB)的出現(xiàn)，極大地促進(jìn)了永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展。尤其值得一提的是我國(guó)是一個(gè)稀土材料的大國(guó)，稀土儲(chǔ)量和稀土金屬的提煉都居世界首位。隨著稀土材料技術(shù)的不斷發(fā)展，永磁材料的磁能積已經(jīng)做的很高，價(jià)格也早就滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用的需要，加上矢量控制水平的不斷提高，永磁同步電動(dòng)機(jī)越來(lái)越顯出效率高、功率密度大、調(diào)速范圍寬、脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩小等高性能的優(yōu)勢(shì)。使我國(guó)在稀土永磁材料和稀土永磁電機(jī)的科研水平都達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。新型永磁材料在電機(jī)上的應(yīng)用，不僅促進(jìn)了電機(jī)結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方法、制造工藝等方面的改革，而且使永磁同步電機(jī)的性能有了質(zhì)的飛躍，稀土永磁同步電機(jī)正向大功率(超高速、大轉(zhuǎn)矩)微型化、智能化、高性能化的方向發(fā)展，成為交流調(diào)速領(lǐng)域的一個(gè)重要分支[1][2]。 由于受到功率開(kāi)關(guān)元件、永磁材料和驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展水平的制約，永磁同步電機(jī)最初都采用矩形波波形，在原理和控制方式上基本上與直流電機(jī)類(lèi)似，但這種電機(jī)的轉(zhuǎn)矩存在較大的波動(dòng)。為了克服這一缺點(diǎn)，人們?cè)诖嘶A(chǔ)上又研制出帶有位置傳感器、逆變器驅(qū)動(dòng)的正弦波永磁同步電機(jī)，這就使得永磁同步電機(jī)有了更廣闊的前景。 1.1.2 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展 隨著永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)的不斷發(fā)展，各種控制技術(shù)的應(yīng)用也在逐步成熟，比如SVPWM、DTC、SVM-DTC、MRAS等方法都在實(shí)際中得到應(yīng)用。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，各種控制策略都存在著一定的不足，如低速特性不夠理想，過(guò)分依賴(lài)于電機(jī)的參數(shù)等等，因此，對(duì)控制策略中存在的問(wèn)題進(jìn)行研究就有著十分重大的意義。 1971年，德國(guó)學(xué)者相繼提出了交流電機(jī)的矢量變換控制的新思想、新理論和新技術(shù)，它的出現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)控制技術(shù)的研究具有劃時(shí)代的意義。因?yàn)檫@種通過(guò)磁場(chǎng)定向構(gòu)成的矢量變換交流閉環(huán)控制系統(tǒng)，其控制性能完全可以與直流系統(tǒng)相媲美。而后，隨著電力電子、微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)和永磁材料科學(xué)的發(fā)展，矢量控制技術(shù)得以迅速應(yīng)用和推廣。矢量控制是在機(jī)電能量轉(zhuǎn)換、電機(jī)統(tǒng)一理論和空間矢量理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它首先應(yīng)用于三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，很快擴(kuò)展到三相永磁同步電機(jī)。由于三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子發(fā)熱會(huì)造成轉(zhuǎn)子參數(shù)變化，而轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的觀測(cè)依賴(lài)于轉(zhuǎn)子參數(shù)，所以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)難以準(zhǔn)確觀測(cè)，使得實(shí)際控制效果難以達(dá)到理論分析的結(jié)果，這是矢量控制實(shí)踐上的不足之處。而永磁同步電機(jī)采用永磁體做轉(zhuǎn)子，參數(shù)較固定，所以矢量控制永磁同步電機(jī)在小功率和高精度的場(chǎng)合應(yīng)用廣泛。隨后，1985年，由德國(guó)魯爾大學(xué)教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制的理論，接著又把它推廣到弱磁調(diào)速范圍。與矢量控制技術(shù)相比，直接轉(zhuǎn)矩控制很大程度上解決了矢量控制三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的特性易受電機(jī)參數(shù)變化的影響這一問(wèn)題。直接轉(zhuǎn)矩控制一誕生，就以自己新穎的控制思想，簡(jiǎn)潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的靜動(dòng)態(tài)性能受到了普遍的關(guān)注和得到了迅速的發(fā)展。目前該技術(shù)成功地應(yīng)用在電力機(jī)車(chē)牽引的大功率交流傳動(dòng)上。德國(guó)、日本、美國(guó)都競(jìng)相發(fā)展此項(xiàng)新技術(shù)[3][4]。 20世紀(jì)90年代后，隨著微電子學(xué)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，高速度、高集成度、低成本的微處理器問(wèn)世及商品化，使全數(shù)字化的交流伺服系統(tǒng)成為可能。通過(guò)微機(jī)控制，可使電機(jī)的調(diào)速性能有很大的提高，使復(fù)雜的矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制得以實(shí)現(xiàn)，大大簡(jiǎn)化了硬件，降低了成本，提高了控制精度，還能具有保護(hù)、顯示、故障監(jiān)視、自診斷、自調(diào)試及自復(fù)位等功能。另外，改變控制策略、修正控制參數(shù)和模型也變得簡(jiǎn)單易行，這樣就大大提高了系統(tǒng)的柔性、可靠性及實(shí)用性。近幾年，在先進(jìn)的數(shù)控交流伺服系統(tǒng)中，多家公司都推出了專(zhuān)門(mén)用于電機(jī)控制的芯片。能迅速完成系統(tǒng)速度環(huán)、電流環(huán)以及位置環(huán)的精密快速調(diào)節(jié)和復(fù)雜的矢量控制，保證了用于電機(jī)控制的算法，如直接轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等可以高速、高精度的完成。非線性解耦控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制、模型參考自適應(yīng)控制、觀測(cè)控制及狀態(tài)觀測(cè)器、線性二次型積分控制及模糊智能控制等各種新的控制策略正在不斷涌現(xiàn)，展現(xiàn)出更為廣闊的前景。因此，采用高性能數(shù)字信號(hào)處理器的全數(shù)字交流永磁伺服智能控制系統(tǒng)是交流伺服系統(tǒng)的重要發(fā)展方向之一。 1.1.3 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)代仿真技術(shù)[1]的發(fā)展與控制工程、系統(tǒng)工程和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)?？刂乒こ淌欠抡婕夹g(shù)較早應(yīng)用的領(lǐng)域之一，控制工程技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代仿真技術(shù)的形成和發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。系統(tǒng)工程的發(fā)展進(jìn)一步完善了系統(tǒng)建模與仿真的理論體系，同時(shí)使系統(tǒng)仿真廣泛應(yīng)用于非工程系統(tǒng)的研究和預(yù)測(cè)[5]。 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)不論是在理論還是實(shí)踐上都取得了豐碩的成果，積累了大量的體系仿真模型和行之有效的仿真算法。仿真技術(shù)目前仍然存在一些缺陷，例如建模方法尚不完善，研究同一個(gè)系統(tǒng)的同一個(gè)問(wèn)題可以建立出不同的模型，而且有些社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的問(wèn)題尚無(wú)法建立準(zhǔn)確的模型進(jìn)行求解。進(jìn)入90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)的各個(gè)方面都取得了很大的發(fā)展[6]。 為了獲得滿(mǎn)意的轉(zhuǎn)矩計(jì)算，仿真研究是最有效的工具和手段。本文利用MATLAB軟件下的SIMULINK仿真工具對(duì)PMSM系統(tǒng)進(jìn)行仿真。 1.2 本文主要工作 本文立題為永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)仿真，進(jìn)行了一系列的工作，主要涉及以下的研究?jī)?nèi)容： (1)建模與仿真的關(guān)系，及仿真的實(shí)際應(yīng)用意義； (2)介紹永磁同步電機(jī)的分類(lèi)、結(jié)構(gòu)與應(yīng)用，給出永磁同步電機(jī)在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型及運(yùn)動(dòng)方程； (3)介紹永磁同步電機(jī)矢量控制的理論基礎(chǔ)； (4)建立永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的仿真模型； (5)對(duì)仿真結(jié)果的進(jìn)行分析，得出永磁同步電機(jī)的性質(zhì)特點(diǎn)。 第2章 建模與仿真 建模與仿真是指構(gòu)造現(xiàn)實(shí)世界實(shí)際系統(tǒng)的模型和計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真的有關(guān)復(fù)雜活動(dòng)，它主要包括實(shí)際系統(tǒng)、模型和計(jì)算機(jī)等三個(gè)部分，同時(shí)考慮三個(gè)基本部分之間的聯(lián)系，即建模與仿真關(guān)系。 2.1 建模與仿真的定義 建模關(guān)系主要研究實(shí)際系統(tǒng)與模型之間的關(guān)系，它通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的觀測(cè)和檢測(cè)，在忽略次要因素及不可檢測(cè)變量的基礎(chǔ)上，用數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行描述，從而獲得實(shí)際系統(tǒng)的簡(jiǎn)化近似模型，如圖2-1所示。仿真關(guān)系主要研究計(jì)算機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)與模型之間的關(guān)系，其程序能為計(jì)算機(jī)所接受并在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行[7]。 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 計(jì)算機(jī) 模型 建模 仿真 圖2-1 建模與仿真的基本組成與兩個(gè)關(guān)系 2.2 實(shí)際系統(tǒng) 實(shí)際系統(tǒng)是所關(guān)注的現(xiàn)實(shí)世界的某個(gè)部分，它具有獨(dú)立行為規(guī)律，是相互聯(lián)系又相互作用的對(duì)象的有機(jī)結(jié)合。實(shí)際系統(tǒng)可能是自然的或人工的、現(xiàn)在存在的或者未來(lái)計(jì)劃的。例如，一個(gè)進(jìn)銷(xiāo)存儲(chǔ)系統(tǒng)是個(gè)人工系統(tǒng)，它包括經(jīng)理部、市場(chǎng)部、采購(gòu)部、倉(cāng)儲(chǔ)部和銷(xiāo)售部等部門(mén)，各個(gè)部門(mén)相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。總經(jīng)理負(fù)責(zé)各個(gè)部分之間的協(xié)調(diào)，并負(fù)責(zé)主要的決策。使系統(tǒng)獲得最大的利潤(rùn)。剛開(kāi)始建模時(shí)，對(duì)建模者而言，實(shí)際系統(tǒng)可表征為系統(tǒng)行為數(shù)據(jù)源，即以X對(duì)T曲線為主要形式的行為數(shù)據(jù)源，X是實(shí)際系統(tǒng)中感興趣的變量，如房間里的溫度、大氣污染度等，T是時(shí)間軸，用秒、小時(shí)、日、月等度量，如圖2-2所示。 圖2-2實(shí)際系統(tǒng)的一般表示 對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，無(wú)論是大還是小，都包括三個(gè)要素：實(shí)體、屬性和活動(dòng)。實(shí)體是指組成系統(tǒng)的具體對(duì)象，系統(tǒng)中的實(shí)體既具有一定的相對(duì)獨(dú)立性，又相互聯(lián)系構(gòu)成一個(gè)整體。例如，在進(jìn)銷(xiāo)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，經(jīng)理、部門(mén)、商品、倉(cāng)庫(kù)、職員等都為實(shí)體。屬性是指對(duì)實(shí)體特征的描述，用特征參數(shù)或變量表示。 實(shí)際系統(tǒng)不是孤立的存在的，任何一個(gè)系統(tǒng)都將由于系統(tǒng)之外的變化而受影響。這種對(duì)系統(tǒng)活動(dòng)產(chǎn)生影響的外界因素稱(chēng)為系統(tǒng)的環(huán)境。在系統(tǒng)建模的初始階段，應(yīng)考慮系統(tǒng)所處的環(huán)境，并首先應(yīng)劃分系統(tǒng)與其所處環(huán)境之間的邊界。系統(tǒng)邊界包圍系統(tǒng)中的所有實(shí)體。系統(tǒng)邊界的劃分在很大程度上取決于系統(tǒng)研究的目的。 2.3 模型與建模關(guān)系 構(gòu)造一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的模型，在模型上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)成為系統(tǒng)分析、研究的十分有效的手段。為了達(dá)到系統(tǒng)研究的目的，系統(tǒng)模型用來(lái)收集系統(tǒng)有關(guān)信息和描述系統(tǒng)有關(guān)實(shí)體。也就是說(shuō)，模型是為了產(chǎn)生行為數(shù)據(jù)的一組指令，它可以用數(shù)學(xué)公式、圖、表等形式表示。模型是對(duì)相應(yīng)的真實(shí)對(duì)象和真實(shí)關(guān)系中有些有用的和令人感興趣的特征的抽象，是對(duì)系統(tǒng)某些本質(zhì)方面的描述，它以各種可用的形式提供被研究系統(tǒng)的描述信息。模型描述可視為是對(duì)真實(shí)世界中的物體或過(guò)程的相關(guān)信息進(jìn)行形式化的結(jié)果。從某種意義上說(shuō)，模型是系統(tǒng)的代表，同時(shí)也是對(duì)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化。另一方面，模型應(yīng)足夠詳細(xì)，以便從模型的實(shí)驗(yàn)中取得關(guān)于系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的有效結(jié)論[8]。 由一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)構(gòu)造一個(gè)模型的任務(wù)一般包括兩方面的內(nèi)容：第一是建立模型結(jié)構(gòu)，第二是提供數(shù)據(jù)。在建立模型結(jié)構(gòu)時(shí)，要確定系統(tǒng)的邊界，還要鑒別系統(tǒng)的實(shí)體、屬性和活動(dòng)。而提供數(shù)據(jù)則要求能夠包括在活動(dòng)中的各個(gè)屬性之間有確定的關(guān)系，在選擇模型結(jié)構(gòu)時(shí)，要滿(mǎn)足兩個(gè)前提條件：第一是要細(xì)化模型研究的目的，二是要了解有關(guān)特定的建模目標(biāo)與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性質(zhì)之間的關(guān)系。 一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)具有以下一些性質(zhì)[9][10]： (l)相似性。模型與研究系統(tǒng)在屬性上具有相似的特性和變化規(guī)律，這就是說(shuō)真實(shí)系統(tǒng)的“原型”與“替身”之間具有相似的物理屬性或數(shù)學(xué)描述。 (2)簡(jiǎn)單性。從實(shí)用的觀點(diǎn)來(lái)看，由于在模型的建立過(guò)程中，忽略了一些次要的因素和某些非可測(cè)變量的影響，因此實(shí)際的模型已是一個(gè)被簡(jiǎn)化了的近似模型。 (3)多面性。對(duì)于由許多實(shí)體組成的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于其研究目的不同，就決定了所要收集的與系統(tǒng)有關(guān)的信息也是不同的，所以用來(lái)表示系統(tǒng)的模型不是唯一的。 2.4 仿真關(guān)系 仿真關(guān)系主要關(guān)注的是計(jì)算機(jī)執(zhí)行模型所規(guī)定的指令的真實(shí)性，一個(gè)模型的程序能否真實(shí)地體現(xiàn)模型所具有的內(nèi)涵，稱(chēng)之為程序的準(zhǔn)確性，要驗(yàn)證模型的有效性，需要把模型的行為同實(shí)際系統(tǒng)的行為進(jìn)行比較，這樣才不會(huì)把程序問(wèn)題和模型問(wèn)題混淆起來(lái)。這就要求我們必須懂得仿真過(guò)程，包括仿真機(jī)理和仿真策略。 2.5 建模與仿真工作內(nèi)容 任何一個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)研究都會(huì)涉及建模與仿真的問(wèn)題，建模與仿真成為當(dāng)今現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究的主要內(nèi)容。其技術(shù)也滲透到各學(xué)科和工程技術(shù)領(lǐng)域。為了讓建模與仿真研究成果更好地被直接應(yīng)用或者用來(lái)指導(dǎo)將來(lái)的工作，使這項(xiàng)工作對(duì)科學(xué)與工業(yè)能有長(zhǎng)期貢獻(xiàn)，并讓有關(guān)用戶(hù)和同行能更好理解和交流有關(guān)工作及實(shí)驗(yàn)。仿真建模表示內(nèi)容可規(guī)范如下[6-10]： (1)模型和針對(duì)模型構(gòu)造的假設(shè)的非形式描述 (2)模型結(jié)構(gòu)形式描述 (3)執(zhí)行仿真的程序設(shè)計(jì) (4)仿真試驗(yàn)、試驗(yàn)結(jié)果及分析 (5)模型應(yīng)用的范圍、有效性 (6)現(xiàn)在模型與過(guò)去的和將來(lái)的模型的關(guān)系 2.6本章小結(jié) 建模與仿真活動(dòng)一般由下面五個(gè)要素組成：實(shí)際系統(tǒng)、實(shí)際框架、基本模型、集總模型和計(jì)算機(jī)。 第3章 永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)及其數(shù)學(xué)模型 3.1 永磁同步電動(dòng)機(jī)的概述 3.1.1 同步電機(jī)的基本原理 同步電動(dòng)機(jī)是一種交流電動(dòng)機(jī)，其主要特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)定子電流頻率以及電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)存在著嚴(yán)格不變的關(guān)系。普通同步電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，電動(dòng)機(jī)定子由定子鐵心、定子繞組和機(jī)殼組成。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子有凸極式和隱極式兩種結(jié)構(gòu)形式，隱極式轉(zhuǎn)子做成圓柱形且其氣隙均勻，而凸極式轉(zhuǎn)子的磁極明顯凸出且氣隙不均勻，極弧底下氣隙較小，極間部分氣隙較大。一般而言，當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較小時(shí)，可采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組套在轉(zhuǎn)子磁極鐵心上，而經(jīng)由電刷和集電環(huán)引入的勵(lì)磁電流應(yīng)能使轉(zhuǎn)子磁極的極性呈現(xiàn)N，S極交替排列[11][12]。 同步電動(dòng)機(jī)的工作原理，就是電動(dòng)機(jī)定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以磁拉力拖著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的同步地旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)定子三相繞組接入三相電流而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組接入直流電流而形成的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：n=ns=60fs/pn。式中,fs為電源頻率；pn為電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)；ns為同步轉(zhuǎn)速。 3.1.2 永磁同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 與傳統(tǒng)電機(jī)一致，永磁同步電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。與傳統(tǒng)同步電機(jī)定子結(jié)構(gòu)基本相同，永磁同步電機(jī)定子主要由沖有槽孔的硅鋼片、三相Y型連接的對(duì)稱(chēng)分布在槽中的繞組、固定鐵芯的機(jī)殼及端蓋等部分組成。三相永磁同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。如果在三相空間對(duì)稱(chēng)的定子繞組中通入三相時(shí)間上也對(duì)稱(chēng)的正弦電流，那么在三相永磁同步電機(jī)的氣隙中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)在空間旋轉(zhuǎn)的圓形磁場(chǎng)，其轉(zhuǎn)速為n=ns=60fs/pn。式中，fs為電源頻率；pn為電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)；ns為同步轉(zhuǎn)速。 永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子通常由轉(zhuǎn)子鐵心、永磁體磁鋼和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸組成。目前，永磁同步電機(jī)常用的永磁材料是釹鐵硼合金(NdFeB)和釤鈷合金(SmCo5，SmCo17)。從永磁體安裝方式上，轉(zhuǎn)子分為表面粘貼式、表面插入式和內(nèi)置式，如圖3-1所示。 (a)表面粘貼式 (b)為表面插入式 (c)內(nèi)置式 圖3-1 永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 其中圖3-1(a)為表面粘貼式，圖3-1(b)為表面插入式，圖 3-1(c)為內(nèi)置式。由于永磁體特別是稀土永磁體的磁導(dǎo)率近似等于真空磁導(dǎo)率，對(duì)于圖 3 -1(a)所示的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，直軸磁阻與交軸磁阻相等，因此交、直軸電感相等，即Ld=Lq，表現(xiàn)出隱極性質(zhì)。而對(duì)其他結(jié)構(gòu)，直軸磁阻大于交軸磁阻，因此Ld下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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