多电机同步控制算法

论文题目：电机同步控制模块设计（软件） 专 业：电气工程及其自动化

指导老师：黄梦涛 （签名） 本 科 生：李大威 （签名）

摘 要

多电机同步控制广泛应用于工业生产中。论文以两台电机的同步为研究对象，采用主从式的控制结构，设计了一个两台小功率低电压直流电机的同步控制系统，两台直流电机采用PWM技术调速。为了提高控制精度，采用了带速度反馈的闭环调速系统，选用单片机C8051F040作为控制器。为了能够根据需要改变电机的转速以及实时显示两台电机的速度，我们还建立了单片机和上位机之间的串行通信。设计的核心是用C语言编程实现了PID控制算法。为了增加PID算法的自适应性，设计中整定了多组控制参数，并给出了控制结果。

关键词：多电机同步，PWM，C语言，PID算法

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SUBJECT ：The software design of Multi-electric motor’s synchronism control module

Specialty ：Electrical Engineerin

电机SpTA控制算法

SpTA即Steps per Time algorithm，它与步进电机S形曲线控制算不同，S形曲线控制算法思想是根据电机的步数来计算时间，即所谓的 Time per Steps，该控制算法先计算电机每一步运行频率，再根据运动曲线计算得到时间参数，而SpTA算法则是以时间计算为中心，根据时间来计算运动步数相关参数，它的做法是将电机的运动时间分割成若干个合适的小时间片，在每个时间片内它都将速度参数加到位置参数上，如果位置参数溢出，它就会输出一个脉冲，速度参数根据加速度参数和时间而改变，随着时间推移，速度参数越来越大，位置

错误！未找到引用源。

参数溢出频率越来越高，则电机的运行频率也越来越高。为了实现根据速度参数控制脉冲输出频率，需要定义以下变量：

PosAccumulator 位置累加器 PosAdd 位置增加值 ActualPosition 实际位置 TargetPosition 目标位置，用户输入步进电机运动的步数 在时间片到来后进行如下计算：

PosAccumulator += ActualVelocity; //位置累加器+实际速度

PosAdd = PosAccumulator >> 1

SVPWM的算法及仿真研究

1 引言

随着电力电子技术和微处理器的发展，脉宽调制(pulse width modulation，pwm)技术在电力传动领域得到了广泛应用。在各种pwm技术中，空间矢量pwm(space vector pwm，svpwm)技术以其物理概念清晰、算法简单、电压利用率高且易于数字化实现等特点，在高性能全数字化交流调速系统中得到了较多应用[1]。

本文首先介绍了svpwm的基本原理，在分析机理的基础上详细推导了svpwm算法，然后在matlab/simulink环境下通过利用功能模块和编写基于m文件的s函数相结合的方法实现了该算法。 2 空间矢量脉宽调制原理[2]

三相电压型逆变器共有6个功率开关管，任何时刻有且仅有3个开关器件导通，而且上、下桥臂的开关器件是互锁的，因此逆变器实际上只有8个基本的开关状态。若用数字“1”表示相应上桥臂开关器件处于导通状态，而下桥臂开关器件处于关断状态；用数字“0”表示相应上桥臂开关器件处于导通状态，而下桥臂开关器件处于关断状态。则这8种开关状态可用8个开关相量表示，分别为“000，100，110，...，101，111”。对应的8个电压空间矢量如图1所示。

图1 三相逆变器输出电

永磁同步电机矢量控制原理

1.永磁同步电动机简介

永磁式同步电动机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高，和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。和其他类型交流电动机相比，它由于没有励磁电流，因而效率高，功率因数高，力矩惯量比较大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好；但它与异步电机相比，也有成本高、起动困难等缺点。和普通同步电动机相比，它省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率。永磁同步电机矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制，因此永磁同步电机矢量控制系统引起了国内外学者的广泛关注。近些年，人们对它的研究也越来越感兴趣，在医疗器械、化工、轻纺、数控机床、工业机器人、计算机外设、仪器仪表、微型汽车和电动自行车等领域中都获得应用。

1.1 永磁同步电机系统的结构

永磁同步电机的基本组成：定子绕组、转子、机体。定子绕组通过三相交流电，产生与电源频率同步的旋转磁场。转子是用永磁材料做成的永磁体，它在定子绕组产生的旋转磁场的作用下，开始旋转。

2.坐标变换

2.1 坐标变换

坐标变换，从数学角度看，就是将方程中原来的一组变量，用一组新的变量来代替。线性变换是指这种新旧变量之间存在线性关系。电动机中用到的坐标变

永磁同步电机弱磁控制的控制策略研究

摘要

永磁同步电机是数控机床、机器人控制等的主要执行元件，随着稀土永磁材料、永磁电机设计制造技术、电力电子技术、微处理器技术的不断发展和进步，永磁同步电机控制技术成为了交流电机控制技术的一个新的发展方向。基于它的优越性，永磁同步电机获得了广泛的研究和应用。本文对永磁同步电机的弱磁控制策略进行了综述，并着重对电压极限椭圆梯度下降法弱磁控制、采用改进的超前角控制弱磁增速、内置式永磁同步电动机弱磁控制方面进行了调查、研究。

关键词：永磁同步电机、弱磁控制、电压极限椭圆梯度下降法、超前角控制、内置式永磁同步电动机

一、永磁同步电机弱磁控制研究现状

1．永磁同步电机及其控制技术的发展

任何电机的电磁转矩都是由主磁场和电枢磁场相互作用产生的。直流电机的主磁场和电枢磁场在空间互差90°电角度，因此可以独立调节；而交流电机的主磁场和电枢磁场互不垂直，互相影响。因此，交流电机的转矩控制性能不佳。经过长期的研究，目前交流电机的控制方案有：矢量控制、恒压频比控制、直接转矩控制等[1]。

1．1 矢量控制

1971年德国西门子公司F．Blaschke等与美国P．C．Custman等几乎同时提出了交流电机磁场定向控制的原理，经过不

专业： 电气工程及其自动化 姓名：

实验报告

学号： 日期： 地点：教2-105

课程名称： 电力系统分析综合实验 指导老师： 成绩：__________________

实验名称： 同步发电机励磁控制实验 实验类型：________________同组学生姓名：__________

一、实验目的

1.加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务； 2.了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；

3.熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动； 4.了解微机励磁调节器的基本控制方式； 5.掌握励磁调节器的基本使用方法；

6.了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响。

二、原理与说明

同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。

图1 励磁控制系统示意图

实验用的励磁控制系统示意图如图l所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控

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桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励

永磁同步电机及其运行与控制PMSM and its Operation & Control

浙江大学 电气工程学院 贺益康 教授 E-mail ykhe@ Mob: 13735884184

电机是实现机-电能量转换的电磁机械装置 ，是电能生产、变换、传输、分配、使用 和控制的重要设备。

电能的生产水力 发电

风力 发电

应用方式 电动机运行构成交流调速传动系统，满足生产过程及生产工艺 要求，实现调速节能 —— 符合节能降耗(减排)的国策

发电机运行构成风力发电系统，实现可再生能源开发—— 符合新能源开发和实现环境保护的国策

电机的分类励磁直流电机：他励、串励、复励

直流电机

永磁直流电机 异步电机 鼠笼式

电机交流电机

绕线式 普通同步电机：励磁 无换向器电机 磁阻电机 永磁同步电机

同步电机

开关磁阻电机

供电电源可变直流电源斩波

交流电源

电力 电子 功率 变换 装置

直流电机

整流

逆变

交流电机变频

永磁同步电机从交流电机原理切入，介绍：1.永磁同步电动机的控制 2.永磁同步发电机的运行 3.永磁同步电机的几个特殊问题

交流电机原理

交流电机原理运行原理 —— 基于交流旋转磁场理论， 即：

三相对称绕组馈入三相对称交流电流可建立圆形旋转磁场

旋转磁场 三相对称交流绕组通过

永磁同步电机的矢量控制原理

交流永磁同步电机采用的是正弦波供电方式，它可以消除方波电流突变带来的转矩脉动，其运行稳，动，静态特性好，但控制也比无刷直流电机复杂，需要采用矢量控制技术。

正弦波与方波的区别在与正弦波电流的瞬时值随着相位的变化。交流永磁同步电机的理想状态是：能在转子磁场强度为最大值的位置上，使定子绕组的电流也能够达到最大值，这样电机便能够在同样的输入电流下获得最大的输出转矩。为了实现这一目的，就必须对定子电流的幅值与相位同时进行控制。幅值与相位构成了电流矢量，因此，这种控制称为“矢量控制”。

为了对交流电机实施矢量控制，首先需要建立电机的数学模型。根据矢量控制的理论，交流永磁同步电机的数学模型可以按照以下步骤建立。

① 将三相定子电流合成为统一的合成电流。

② 将定子合成电流分解为两相正交流电，完成电流的3-2变换。

③ 将定子坐标系中的两相正交流电转换到定子坐标系上。 ④在转子坐标系中定子电流平衡方程。

⑤根据转子磁场与定子电流的正交分量建立电机的运行方程。

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永磁同步电机矢量控制策略仿真研究

摘 要

在现代化工业生产中，电机及其控制系统占有着举足轻重的地位。具有更高的运行精度，更大的调速范围，更短的调节时间的电机控制系统的开发是现代化工业控制领域的热门研究方向。而永磁同步电机因其自身优良的特性，逐渐成为了工业控制中电机伺服系统中的主流电机，因此研究能够适应现代化工业控制要求的永磁同步电机的控制系统有着越来越重要的意义。

本文研究永磁同步电机矢量控制系统。在深入学习永磁同步电机数学模型和矢量控制原理的基础上，仿真方面分析了永磁同步电机矢量控制策略的实现，建立了一个电流、速度双闭环的控制系统MATLAB仿真模型，通过仿真验证了此方案具有实际的可行性，并取得了较好的仿真控制效果。

关键词:永磁同步电机;矢量控制系统;SVPWM;DSP

第2页

录

1 绪论 ...........................................................................................................................

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永磁同步电机矢量控制策略仿真研究

摘 要

在现代化工业生产中，电机及其控制系统占有着举足轻重的地位。具有更高的运行精度，更大的调速范围，更短的调节时间的电机控制系统的开发是现代化工业控制领域的热门研究方向。而永磁同步电机因其自身优良的特性，逐渐成为了工业控制中电机伺服系统中的主流电机，因此研究能够适应现代化工业控制要求的永磁同步电机的控制系统有着越来越重要的意义。

本文研究永磁同步电机矢量控制系统。在深入学习永磁同步电机数学模型和矢量控制原理的基础上，仿真方面分析了永磁同步电机矢量控制策略的实现，建立了一个电流、速度双闭环的控制系统MATLAB仿真模型，通过仿真验证了此方案具有实际的可行性，并取得了较好的仿真控制效果。

关键词:永磁同步电机;矢量控制系统;SVPWM;DSP

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1 绪论 ...........................................................................................................................