摘要：详细分析了永磁同步电机( pmsm)的控制方式，建立了速度、电流双闭环的pmsm仿真系统。为解决超调和稳态精度低的矛盾，采用了积分分离式pi控制器。分析了正弦脉宽调制( spwm)、混合脉宽调制(hpwm)和空间矢量脉宽调制(svpwm)方式的优缺点，并对它们在pmsm双闭环系统中的应用进行了仿真。结果显示：hpwm和svpwm比spwm具有更高的电压利用率；hpwim同时具有spwm原理简单及易于模拟和数字实现的优点；svpwm具有****的谐波含量，算法较复杂，但便于数字实现。

    关键词：永磁同步电机；积分分离式pt；正弦脉宽调制；混合脉宽调制；空间矢量脉宽调制

    中图分类号：tm 351文献标志码ia文章编号：1673-6540(2010)07-0028-04

    直流电机由于电刷和换向器的存在，励磁磁场和电枢磁动势始终正交，通过调节电枢电流来直接控制电磁转矩，所以其控制简单、响应快，在高精度伺服系统中一直占有重要地位。但同时它们会产生火花，这在易燃、易爆场合是不允许的，且影响电机寿命。

    随着永磁材料、电力电子技术、控制方法的不断进步，交流无刷电机逐渐显示出其体积小、转矩高、调速范围宽、坚固耐用等优点。尤其是永磁同步电机(pmsm)，磁场和反电势都是正弦信号，使其具有更小的纹波。在高性能应用场合，如机器人和高精度数控机床和航空航天领域中，pmsm都得到了广泛应用。本文详细分析了pmsm的工作原理，建立了速度、电流双闭环系统，并就电流环的几种调制方式作分析和比较。

    任何电机调速控制的关键都是对转矩的控制。电磁转矩正比于定、转子磁势矢量的幅值与其夹角正弦的乘积，即：

 

    显然，在对pmsm控制中应使δ=90度，才能得到****的转矩输出。

    在pmsm中，三相对称定子中通入三相对称正弦电流ia、ib、ic，将产生旋转磁动势。通过下面的矩阵变换可以将iabc变换为idq：

 

    由逆矩阵可以实现idq到iabc的变换。

    经过旋转坐标变化，实现了对电压、电流和磁势等矢量的解耦控制。若取id =o，此时只需控制iq的大小即可达到控制电磁转矩的目的，控制方式得以简化。

    matlab/simulink和simpowersystems中含有丰富的模块库；搭建控制系统非常方便，下面利用它们来建立pmsm系统。如图1所示。图1中采用id=o的控制方式，建立了电流、速度双闭环控制系统。主要包括：电流控制器acr、速度控制器asr、坐标变换模块dq2abc/abc2dq、逆变器模块、pmsm、测量模块、脉宽调制(pwm)模块等。

    pmsm控制的关键是对电枢电流的控制。电流环要求快速性，控制器采用pi控制，并加上限幅保护环节；另外，电流环要求提高逆变器直流电压利用率和降低电枢电流的谐波含量。这主要与pwm方式有关。

    pwm技术的理论基础是面积等效原理，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，其效果基本相同。随着绝缘栅双极晶体管、智能功率模块的发展，开关频率可达到20 khz以上，使得pwm技术得到更加广泛的发展和应用，其中****代表性的有正弦脉宽调制(spwml和空间矢量脉宽调制(svpwm).

    spwm是一种脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的pwm技术。通过正弦波调制信号与三角波载波信号比较而获得pwm开关信号，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻。