图4-3表明，这是一个电流内环、转速外环的双闭环控制系统。首先，根据检测到的电机转速和输入的参考转速，利用转速与转矩的关系，通过速度PI控制器计算得到定了电流ia、ib的参考输入isdref和isqref。通过相电流检测电路提取
ia和ib，再使用Clark变换将它们转换到定了两相坐标系中，然后使用Park变换，相比较，其中isdref?0，通过PI控制器获得理想的控制量。控制信号再通过
将它们转换到d-q旋转坐标系中，再将d-q坐标系中的电流信号与它们的isdref和
isqrefPark逆变换送到三相逆变器，从而得到控制定了三相对称绕组的实际电流。外环速度环产生了定子电流的参考值，内环电流环得到实际控制信号，从而构成一个完整的速度矢量双闭环控制系统。 4.2.2 永磁同步电机的矢量控制方法的选择
永磁同步电机用途不同，电机电流矢量的控制方法也各不相同。可采用的控制方法主要有：
(1) id?0控制； (2)最大转矩/电流控制； (3)控制cos??1； (4)恒磁链控制； (5)弱磁控制； (6)最大输出功率控制
不同控制方法具有不同的优缺点，如id?0 最为简单，cos??1 可降低与之匹配的逆变器的容量，恒磁链控制可增大电动机的最大输出转矩等。
当采用 id?0的控制方案时，转矩 Tem和iq呈线性关系，只要对iq进行控制就达到了控制转矩的目的。并且，在表面式永磁同步电机中，保持id?0可以保证用最小的电流幅值得到最大的输出转矩。或者说，在产生所要求转距的情况下，只需最小的电流，从而使铜耗下降，效率有所提高。这正是本文采用这种控制策略的原因。
4.3 MATLAB仿真工具箱简介
MATLAB/SIMULINK是MATHWORKS公司开发的用于数学计算的工具软件。它具有强大的矩阵运算能力、绘图功能、可视化的仿真环境SIMULINK。SIMULINK可以对通信系统、非线性控制、电力系统等进行深入的建模、仿真
XXXI
和研究。它由模块库、模型构造及分析指令、演示程序Demo三部分组成。用户进行仿真时很少需要程序，只需要用鼠标完成拖拉等简单的操作，就可以形象地建立起被研究系统的数学模型，并进行仿真和分析研究[30]。
下面就本论文工作中使用的仿真工具MATLAB7.6作简单介绍。SIMULINK仿真工具箱包括了专门用于电力电子、电气传动学科进行仿真的电气系统模块库(SIMPOWER SYSTEM)。运行SIMULINK以后，打开SIMPOWER SYSTEM，就能调出电气系统模块库各个子模块。也可以在MATLAB的命令窗口，直接键入POWERLIB以调用电气系统仿真基本模块。电气系统模块库包括以下七个子模块：
l)电源模块：包括直流电压源、交流电压源、交流电流源、可控电压源和可控电流源等；
2)基本元件库：包括串联RCL负载、串联RCL支路、并联RCL负载、线性变压器、饱和变压器、互感器、断路器、N相分布参数线路、单相π相集中参数传输线路和浪涌放电器等；
3)电力电子模块库：包括二极管、晶闸管、GTO、MOSFET和理想开关等。为满足不同的仿真要求并提高仿真速度还设有晶闸管简化模型；
4)电机模块库：包括激磁装置、水轮机及其调节器、异步电动机、同步电机及其简化模型和永磁同步电机等；
5)连接模块库：包括地、中性点和母线(公共点)等； 6)测量模块库：包括电流测量和电压测量模块；
7)附加电气系统模块库：包括均方根测算、有功与无功功率测算、傅立叶分析、可编程定时器、同步脉冲发生器以及三相库等；
在以上模块库的基础上，根据需要，可以组合封装成常用的较复杂的模块，添加到所需的模块库中去。
4.4 永磁同步电机矢量控制仿真模块的建立
基于永磁同步电机的矢量控制原理，利用MATLAB仿真工具，建立了系统的仿真模型。根据模块化建模思想，将控制系统分割为各个功能独立的子模块，其中主要包括：坐标变换模块、SVPWM模块、逆变器模块。通过这些功能模块的有机整合，可以在MATLAB/SIMULINK中搭建出永磁同步电机控制系统的仿真模型，实现永磁同步电机矢量控制。且对各个功能模块的作用与结构简述如
XXXII
下[18-23]：
4.4.1 坐标变换模块
矢量控制中用到的坐标变换有：Clarke变换(将三相平面坐标系向两相平面直角坐标系的转换)和Park变换(将两相静止直角坐标系向两相旋转直角坐标系的变换)。静止的三相定子坐标系(a-b-c)和静止的两相定子坐标系(α-β)以及固定在转子上的两相旋转坐标系(d，q)间变换矩阵的MATLAB实现如图4-4所示：
1Id2Iqididcosiqiqsin1Ialphaidsin2Ibetacos3thetasiniqcoscossin
图4-4 d-q到α-β变换
4.4.2 SVPWM模块
从原理上讲，SVPWM着眼于如何使电机获得幅值恒定的圆形磁场，当电机通以三相对称正弦电压时，交流电机内产生圆形磁链，SVPWM以此圆形磁链为基准，通过逆变器功率器件的不同开关模式产生有效矢量来逼近基准圆，即用多边形来逼近圆形，同时产生三相互差120°电角度的接近正弦波的电流来驱动电机。由于逆变器产生的矢量数目有限，不能产生角度连续变化的空间矢量，SVPWM方法通过上述8个基本空间电压矢量中两个相邻的有效矢量及零矢量，并根据各自的作用时间不同来等效电机所需的空间电压矢量K。其原理如图4-5所示：
XXXIII
βV2(010)ⅠⅤV3(011)V7(111)ⅥⅣV1(001)V5(101)θV6(110)ⅢαV4(100)ⅡV0(000)
图4-5 基本电压矢量
(1)扇区选择
Vβ的关系，根据图4-5中各扇区与Vα，当Vβ?0时，令A?1，当3V??V??0时，令B?1，当3Vα?Vβ?0时，令C?1，取N?A?2B?4V，可得到各扇区与N的对应关系如表4-1所示。其模型如图4-6所示。
表4-1 N与扇区号得对应关系
扇区号 N
(2)基本电压矢量的作用时间T1和Tm
令X?2Vβ2UdcTs2Vβ2UdcTβ2UdcI 3
II 1
III 5
IV 4
V 6
VI 2
，Y?(3Vα?Vβ)，Z?(3Vα?Vβ)
则N与矢量作用时间T1和Tm的对应关系如表4-2所示
XXXIV
11a2beta-1/2b21N1alpha0.5*sqrt(3)c4-0.5*sqrt(3)0
图4-6 扇区选择
之后还要进行饱和判断，当T1?Tm?Ts时，应取：T1?T1Ts(T1?Tm),
Tm?TmTs(T1?Tm),其
MATLAB实现如图4-7所示：
1Nnn2X3Y4ZX-1ZY-Z1234561T1Y-1-XXZ-1-YnY-XXZ-Y-Z1234562T2
图4-7 基本矢量作用时间
N T1 TM
1 -Z Y
表4-2 N与矢量作用时间对应关系 2 3 4 5 Y -X
Z X
-X -Z
X -Y
6 -Y Z
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