基于PI控制的PMSM永磁同步电机控制系统simulink建模与仿真

1.课题概述

       基于PI控制的PMSM永磁同步电机控制系统simulink建模与仿真。其中，基于PI（比例-积分）控制器的矢量控制策略因其简单、可靠的特点而被广泛采用。永磁同步电机采用建模方式实现，不使用simulink的自带模型。

2.系统仿真结果

3.核心程序与模型

版本：MATLAB2022a

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4.系统原理简介

       永磁同步电机（PMSM）因其高效率、高功率因数、高转矩密度等优点在诸多领域得到广泛应用。为了实现PMSM的高性能控制，需要采用先进的控制策略。其中，基于PI（比例-积分）控制器的矢量控制策略因其简单、可靠的特点而被广泛采用。本文将详细介绍基于PI控制的PMSM控制系统的原理。

4.1 PMSM数学模型

 由于电机定转子存在相对运动，气隙磁密存在谐波，导致电磁关系复杂；若再考虑电流谐波，磁路饱和，以及电导、磁导等参数摄动，系统复杂程度将进一步提高。为简化分析，便于建模和设计对应的控制策略，往往对PMSM作出以下假设：

  1）三相绕组对称，空间互差2π/3电角度；

  2）忽略磁路饱和；

  3）不计磁滞损耗和涡流损耗；

  4）忽略齿槽效应，每相磁动势沿气隙正弦分布；

  5）转子无阻尼绕组。

  因此，PMSM在三相静止a-b-c,a-b-c,a−b−c坐标系下的电压方程和磁链方程可建立为：

4.2 矢量控制策略

       矢量控制策略通过坐标变换将PMSM的定子电流分解为相互正交的励磁分量和转矩分量，并分别进行控制。这样可以实现对PMSM的解耦控制，提高控制性能。在矢量控制中，通常采用id=0的控制方式，即直轴电流为零，此时电磁转矩与交轴电流成正比，简化了控制系统。

4.3 PI控制器设计

PI控制器是一种线性控制器，其传递函数可表示为：

(G(s) = K_p + \frac{K_i}{s})

        其中，(K_p)为比例系数；(K_i)为积分系数。PI控制器通过对误差信号的比例和积分作用来消除稳态误差，提高系统的动态响应性能。

       在PMSM控制系统中，通常需要设计两个PI控制器，分别用于调节直轴电流和交轴电流。通过调整PI控制器的参数，可以实现对PMSM的快速、准确控制。

4.4 控制系统实现

基于PI控制的PMSM控制系统实现过程如下：

采集PMSM的定子电流和转子位置信号；

通过坐标变换将定子电流从abc坐标系变换到dq坐标系；

设计PI控制器，并根据给定的直轴和交轴电流参考值计算PI控制器的输出；

将PI控制器的输出作为PWM调制信号的输入，生成PWM波形；

将PWM波形作用于PMSM的逆变器，驱动PMSM运转；

重复以上步骤，实现闭环控制。