文章编号
:1003
2
0794 (2006) 03
2
0417
2
03
永磁直线同步电机矢量控制模型及仿真的研究
3
朱晓东
1
,
曾庆山
1
,
王 茜
2
,
焦留成
1
(1.
郑州大学 电气工程学院
,
郑州
450002 ; 2.
河南电力技师学院
,
郑州
450051)
摘 要 : 针对永磁直线同步电机 ( PMLSM) 的特点 ,建立 PMLSM 在 dq 两相坐标系下的数学模
型 ,在 SIMULINK环境下构建了 PMLSM 的矢量控制仿真模型并进行了封装 ,使之能够方便 、
有效地
在 SIMULINK下直接和其他模块连接使用 。通过对 PMLSM 矢量控制模型的仿真实验 ,表明了该模
型的正确性 。
关键词 : 永磁直线同步电机 ; 矢量控制模型 ; 仿真 ; SIMULINK
中图号 : TM351
文献标识码 : A
Modeling and Vector Control Simulation of PMLSM
ZHU Xiao - dong
1
, ZENG Qing - shan
1
, WANG Qian
2
, JIAO Liu - cheng
1
(1. Electric Engineering College of Zhengzhou University , Zhengzhou 450002 , China ;
2. Henan Electrical Power Technician College , Zhengzhou 450051 , China)
Abstract :Introduced the character of linear permanent magnet synchronous motor ( PMLSM) and constructed
the mathematic model under the dq reference frame. Then the simulation model of PMLSM based on
SIMULINK is constructed and is masked so that it can be used in SIMULINK and connected with other modules
conveniently and effectively. The simulation result of vector control of PMLSM proved that the simulation sys
2
tem is feasibility.
Key words : permanent magnet linear synchronous motor ( PMLSM) ; vector control model ; simulation ;
SIMULINK
0
引言
永磁直线同步电动机 ( Permanent Magnet Linear
Synchronous Motor ,简记为 PMLSM) 是一种性能较好
的直线伺服电动机 ,并在矿业 、
起重 、
交通运输等行
业得到了广泛的应用 。
在对 PMLSM 的 仿 真 研 究 过 程 中 , MATLAB/
SIMULINK仿真软件是一个非常重要的工具 ,但是该
软件中并没有提供直线电机的模型 ,多数研究者则
是自己对直线电机的数学模型进行简化后再利用
SIMULINK的基础元件或是转化为传递函数和状态
方程来构建电机模型 。这种方法不仅浪费研究者大
量精力 ,而且简化的模型不能完全反映实际 ,同时也
未能有效利用软件中已有的器件模型 ,也使得相似
的控制系统由于电机模型的差异而不能对控制效果
进行定量比较 。本文针对 PMLSM 的特点 ,建立了
PMLSM 的数学模型和基于 SIMULINK 的通用仿真模
型 ,并进行了矢量控制的仿真研究 ,为研制高精度的
控制器奠定了基础 。
1
PMLSM 的数学模型
1
.
1
永磁同步直线电机在 ABC 坐标系中的方程
为简化分析 ,作如下假设 : (1) 忽略铁芯饱和及
温度对电机参数的影响 ; (2) 涡流损耗 、
磁滞损耗忽
3 国家自然科学基金项目
(60374034)
河南省自然科学基金项目
(0311052100)
略不计 ; (3) 动子上没有阻尼绕组 ,永磁体也没有阻
尼作用 ,不考虑纵向端部效应 ; (4) 永磁材料的电导
率为零 ,永磁体的磁场恒定不变 (不受温度变化等影
响) ,据文献[1 ]可知凸极式永磁同步电动机的定子
各绕组电压方程为
u
a
=
p
ψ
a
+
Ri
a
u
b
=
p
ψ
b
+
Ri
b
u
c
=
p
ψ
c
+
Ri
c
(
1
)
其中
R
为各相绕组线圈的电阻
, p
= d/ d
t
为微分算
子
,
ψ
a
、
ψ
b
、
ψ
c
为三相绕组的磁链 。
设直线电机三相绕组的电流和磁链分别为
i
a
、
i
b
、
i
c
和ψ
a
、
ψ
b
、
ψ
c
,
三相绕组的自感系数和互感系数
分别为
L
aa
、
L
bb
、
L
cc
和
M
ab
、
M
ac
、
M
ba
、
M
bc
、
M
ca
、
M
cb
,
永磁体的等效电流为
i
f
,
三相绕组与励磁绕组之间
的互感系数为
M
af
、
M
bf
、
M
cf
。则可得直线电机三相
绕组的磁链方程
ψ
a
=
L
aa
i
a
+
M
ab
i
b
+
M
ac
i
c
+
M
af
i
f
ψ
b
=
M
ba
i
a
+
L
bb
i
b
+
M
bc
i
c
+
M
bf
i
f
ψ
c
=
M
ca
i
a
+
M
cb
i
b
+
L
cc
i
c
+
M
cf
i
f
(
2
)
由于各相绕组的对称性
,
各项电感系数均相等
,
各绕组的磁链与电流及电感系数的关系
L
aa
=
L
bb
=
L
cc
=
L
=
L
m
+
L
σ
M
ab
=
M
bc
=
M
ca
=
L
cos (2π/ 3) = 0
15
L
(
3
)
M
af
=
M
f
cos
(
θ
)
第
27
卷第
3
期
2006
年
3
月
煤 矿 机 械
Coal Mine Machinery
Vol
1
27No
1
3
Mar. 2 0 0 6