现代永磁同步电机控制原理及MATLAB仿真

第1部分 基础篇 3

第1章 三相永磁同步电机的数学建模 3

1.1 三相PMSM的基本数学模型 3

1.2 三相PMSM的坐标变换 5

1.2.1 Clark变换与仿真建模 5

1.2.2 Park变换与仿真建模 7

1.2.3 两种常用坐标系之间的关系 9

1.3 同步旋转坐标系下的数学建模 10

1.3.1 数学建模 10

1.3.2 仿真建模 12

1.4 静止坐标系下的数学建模 22

1.4.1 数学建模 22

1.4.2 仿真建模 24

参考文献 25

第2章 三相电压源逆变器PWM技术 27

2.1 三相电量的空间矢量表示 27

2.2 SVPWM算法的合成原理 31

2.2.1 基于软件模式的合成 33

2.2.2 基于硬件模式的合成 34

2.3 SVPWM算法的实现 36

2.3.1 参考电压矢量的扇区判断 36

2.3.2 非零矢量和零矢量作用时间的计算 37

2.3.3 扇区矢量切换点的确定 38

2.4 SVPWM算法的建模与仿真 39

2.4.1 基于Simulink的仿真建模 39

2.4.2 基于s函数的仿真建模 43

2.4.3 基于SVPWM模块的仿真建模 51

2.5 SPWM算法的实现 56

2.5.1 常规SPWM算法的实现 56

2.5.2 基于三次谐波注入的SPWM算法的实现 59

2.5.3 基于零序分量注入的SPWM算法的实现 62

参考文献 65

第3章 三相永磁同步电机的矢量控制 66

3.1 PMSM的滞环电流控制 66

3.1.1 滞环电流控制的基本原理 66

3.1.2 仿真建模与结果分析 67

3.2 PMSM的PI电流控制 70

3.2.1 转速环PI调节器的参数整定 70

3.2.2 电流环PI调节器的参数整定 72

3.3 基于PI调节器的PMSM矢量控制 75

3.3.1 仿真建模 75

3.3.2 仿真结果分析 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 滑模速度控制器的设计 82

3.4.3 仿真建模与结果分析 83

3.5 静止坐标系下的PMSM矢量控制 86

3.5.1 比例谐振控制的基本原理 86

3.5.2 基于比例谐振控制的矢量控制器设计 90

3.5.3 仿真建模与结果分析 91

参考文献 94

第4章 三相永磁同步电机的直接转矩控制 95

4.1 PMSM直接转矩控制原理 95

4.1.1 三相电压源逆变器的工作原理 97

4.1.2 磁链和转矩控制原理 98

4.1.3 直接转矩控制开关表的选择 99

4.2 传统直接转矩控制MATLAB仿真 100

4.2.1 仿真建模 100

4.2.2 仿真结果分析 105

4.3 基于滑模控制的直接转矩控制 106

4.3.1 PMSM的矢量数学模型 107

4.3.2 基于滑模控制的直接转矩控制器设计 107

4.4 基于滑模控制的直接转矩控制的MATLAB仿真 109

4.4.1 仿真建模 109

4.4.2 仿真结果分析 111

参考文献 113

第2部分 进阶篇 117

第5章 基于基波数学模型的三相永磁同步电机无传感器控制 117

5.1 传统滑模观测器算法 117

5.1.1 传统滑模观测器设计 117

5.1.2 基于反正切函数的转子位置估计 119

5.1.3 基于锁相环的转子位置估计 120

5.1.4 基于反正切函数的仿真建模与结果分析 122

5.1.5 基于锁相环的仿真建模与结果分析 122

5.2 自适应滑模观测器算法 132

5.2.1 自适应滑模观测器设计 132

5.2.2 仿真建模与结果分析 134

5.3 同步旋转坐标系下滑模观测器算法 138

5.3.1 滑模观测器设计 138

5.3.2 基于锁相环的转子位置估计 140

5.3.3 仿真建模与结果分析 142

5.4 模型参考自适应系统 147

5.4.1 参考模型与可调模型的确定 148

5.4.2 参考自适应律的确定 149

5.4.3 仿真建模与结果分析 151

5.5 扩展卡尔曼滤波器算法 151

5.5.1 PMSM的数学建模 155

5.5.2 扩展卡尔曼滤波器的状态估计 157

5.5.3 仿真建模与结果分析 158

参考文献 164

第6章 基于高频信号注入的三相永磁同步电机无传感器控制 166

6.1 高频激励下的三相PMSM数学模型 166

6.2 高频载波信号的选择 167

6.3 旋转高频电压信号注入法 168

6.3.1 旋转高频电压激励下三相PMSM的电流响应 168

6.3.2 凸极跟踪转子位置估计方法 169

6.3.3 仿真建模与结果分析 171

6.4 脉振高频电压信号注入法 175

6.4.1 脉振高频电压激励下三相PMSM的电流响应 175

6.4.2 转子位置估计方法 177

6.4.3 仿真建模与结果分析 178

参考文献 181

第3部分 高级篇 185

第7章 六相永磁同步电机的数学建模 185

7.1 多相PMSM的数学模型 185

7.2 六相PMSM的基本数学模型 187

7.3 两种常用坐标变换之间的关系 190

7.3.1 双d-q坐标变换 190

7.3.2 矢量空间解耦坐标变换 193

7.3.3 两种坐标变换之间的关系 195

7.4 同步旋转坐标系下的数学模型 197

7.4.1 基于双d-q坐标变换的数学模型 197

7.4.2 基于矢量空间解耦变换的数学模型 202

参考文献 204

第8章 六相电压源逆变器PWM技术 206

8.1 多相电压源逆变器PWM算法 206

8.2 传统的两矢量六相SVPWM算法 207

8.2.1 六相电压源逆变器的电压矢量 207

8.2.2 传统的两矢量六相SVPWM算法的实现 209

8.3 四矢量SVPWM算法 211

8.3.1 四矢量SVPWM算法的实现 211

8.3.2 仿真建模 216

8.4 三相解耦PWM算法 222

8.4.1 三相解耦PWM算法的实现 222

8.4.2 仿真建模 223

8.5 基于双零序信号注入的PWM算法 225

8.5.1 基于双零序信号注入的PWM算法的实现 225

8.5.2 仿真建模 226

参考文献 229

第9章 六相永磁同步电机的矢量控制 231

9.1 多相电机矢量控制 231

9.2 六相PMSM传统矢量控制 233

9.2.1 传统矢量控制原理 233

9.2.2 仿真建模与结果分析 234

9.3 基于VSD坐标变换的六相PMSM矢量控制 239

9.3.1 基于VSD坐标变换的六相PMSM矢量控制原理 239

9.3.2 仿真建模与结果分析 240

9.4 基于双d-q坐标变换的六相PMSM矢量控制 240

9.4.1 基于双d-q坐标变换的六相PMSM矢量控制原理 240

9.4.2 仿真建模与结果分析 244

9.5 两种矢量控制策略之间的关系 248

9.6 静止坐标系下六相PMSM矢量控制 249

9.6.1 静止坐标系下六相PMSM矢量控制的基本原理 249

9.6.2 仿真建模与结果分析 250

参考文献 256

第10章 五相永磁同步电机的数学建模与矢量控制 257

10.1 五相PMSM的基本数学模型 257

10.2 五相PMSM的坐标变换 259

10.2.1 坐标变换 259

10.2.2 仿真建模 260

10.3 同步旋转坐标系下的数学模型 261

10.3.1 数学模型 261

10.3.2 仿真建模 262

10.4 五相PMSM矢量控制仿真 265

参考文献 268