交流永磁同步电机伺服系统的仿真研究
摘 要：探讨了永磁同步伺服系统仿真模型的建立，并在 Simulink 仿真环境中对伺服系统
三闭环进行仿真。分析了伺服系统电流环、速度环、位置环工程设计结果与实际分析结果之
间的差别，研究了三闭环的影响因素，以及这些因数变化时为实现优异响应性能各调节
器参数调整方法、电流微分负反馈、速度微分负反馈控制策略的引入等。通过调节器参数的
调整、微分反馈的引入，伺服系统能够具有优异的响应性能。
关键词：永磁同步电机、伺服系统、仿真、微分负反馈
0 引言
仿真是系统分析研究的重要手段，通过仿真，可以验证理论分析和设计的正确性，
模拟实际系统的运行过程，分析系统特性随参数的变化规律，描述系统的状态与特性，
探索设计结果是否满足实际要求，也可讨论系统稳定性，研究系统控制参数、负载变化对
系统动态性能的影响，研究控制方法和手段对系统性能的改善与提高。因此，仿真具有和
实验相同的作用，并可避免实际实验操作的复杂性，完成无法进行实验系统或过程的仿
真模拟。针对伺服系统，影响系统运行的因数很多，如何在纷繁复杂的环境条件中寻找最
优的控制参数、采取合适的控制手段，是伺服系统设计与运行中需要深入探讨的问题，这
些因数将影响到实际系统的运行及其对环境的适应性。
下面，根据实际永磁同步伺服系统构成情况，讨论基于 Matlab 软件的仿真模型创建，
并在 Simulink 环境中对系统进行仿真，分析其仿真结果，从中找出系统的控制规律，优
化系统的控制方法，分析系统的运行特性，以便于系统的设计、调整与运行。
1 永磁同步伺服系统仿真模型的建立
图 1 的伺服系统为典型的电流、速度、位置三环调节系统。系统中各调节器、比较器、滤
波器等均可在 Simulink 相应工具箱中找到;PSB 中有永磁同步电机模型，其参数在模型属
性中设定;电机电流、电压测量模块在 PSB 的 Measurements 工具包中;电机的综合测量模块
Machine Measurement Demux 可同时测量电机角速度、电枢电流、交直轴电流、电磁力矩、转
子位置角;系统的 3/2、2/3 坐标转换借助于 Fcn 函数建立;系统中 PWM 逆变器借助于物理模
型建立，将电流调节器输出和三角波比较，形成 PWM 信号，通过受控电压源输出电机
端口三相电压;电流给定和反馈均经过一阶环节滤波，以消除信号中高次谐波，保证系统
稳定运行;系统所需各参量通过示波器得到。具体模型建立可参考有关文献[1]，由此，构
成伺服系统仿真结构见图 1。
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