磁使得电机结构简单。永磁同步电机省略了普通同步电机所特有的集电环和电刷，提高了电机运行的可靠性。由永磁体激磁，无须激磁电流，因而提高了电机的效率和功率因数。20世纪60到80年代，稀土钴永磁和钕铁硼永磁的相继问世，把永磁同步电机的发展推入了一个新的历史时代。尤其是近年来高耐热性、高磁性能钕铁硼永磁体的成功开发以及电力电子元件的进一步发展和改进，稀土永磁同步电机的研究开发在国内外又进入了一个新的时期，在理论研究和应用领域都将产生质的飞跃。它与电力电子技术和微电子控制技术相结合，可以制造出许多新型的、性能优异的机电一体化产品和装备，代表了21世纪电机发展方向。目前，永磁同步电机朝着高效节能、机电一体化、高性能、专用电机和轻型化方向发展。 1.2.2 电机调速系统
电气传动系统是由控制部分、功率部分和电动机三大要素组成的一个有机整体。各部分可以相互组合而构成多种电气传动系统。虽然调速系统在电流形式分为直流调速和交流调速两类，但在交流调速系统中，异步电动机调速系统和同步电动机调速系统已发展为两类主要的调速系统。目前已形成直流电动机、异步电动机和永磁同步电动机三大类的调速系统。异步电动机调速系统包括转差功率消耗型、转差功率馈送型和转差功率不变型；而同步电机转差恒等于零即无转差功率，所以只有无转差不变型的变压变频调速系统。
直流电动机具有调速优良，数学模型简单，转矩易于控制的优点。其换向器与电刷的位置保证了电枢电流与励磁电流的解耦。也正是由于这个特点使得直流电动机存在着不可避免的缺陷：机械换向器和电刷造价偏高；维护困难；使用环境受限；寿命短；在容量发展上受限制。直到1960年，晶闸管研制成功，开创了电力电子技术发展的新时代。随着电力电子技术的发展，使得采用半导体开关器件的交流调速系统得以实现。交流电动机的调速系统不但调速性能可以与直流电动机调速系统相媲美，而且和直流电动机相比还具有结构简单、坚固耐用、体积小、转动惯量小、价格低廉、重量轻、动态响应好、维护费用低，可靠性高的优点。
新型电力电子技术器件和脉宽调制（PWM）技术等科学技术的发展推动了永磁同步电机的广泛应用。现代的电力电子变换装置中，PWM变压变频技术是主要使用的变换器控制技术，常用的PWM控制技术有：基于正弦波对三角波脉宽调制SPWM控制；基于消除指定次数谐波的HEPWM控制；
基于电流环跟踪的CHPWM控制；电压空间矢量控制SVPWM控制。在以上的4种PWM变换器中，前两种是以输出电压接近正弦波为控制目标的，第3种以输出正弦波电流为控制目标，第4种则以被控电机的算法简单，因此目前应用最广。
永磁同步电机有以下几种控制方式：
(1)id?0控制。定子电流中只有交流分量，且定子磁动势空间矢量与永磁体空间矢量正交，电机的输出转矩与定子电流成正比。其性能类似于直流电机，控制系统简单，转矩性能好，可以获得很宽的调速范围，适用于高性能的数控机床和机器人等场合。电机运行功率因数低，电机和逆变器不能够充分利用。
(2)cos??1控制。控制交直轴电流分量，保持永磁同步电机的功率因数为1，cos??1的条件下，电机的电磁转矩随电流的增加呈现先增加后减小的趋势。这种方法可以充分利用逆变器的容量，不足之处在于输出的电磁转矩小。
(3)最大转矩/电流比控制，也成为单位电流输出最大转矩控制（最优转矩控制）。它是凸极永磁同步电机用的较多一种电流控制策略。当输出转矩一定时，逆变器的输出电流最小，可以减小电机的铜耗。
永磁同步电机本身具有非线性、强耦合和时变性，加上系统运行时还会受到不同程度的干扰，使得常规的控制策略很难满足高性能永磁同步电机伺服系统的控制要求。随着控制理论的不断发展，特别是智能控制的不断发展和成熟，如基于人工智能的专家系统（ExpertSystem）；基于模糊集合理论（FuzzyLogic）的模糊控制；基于人工神经网络（Artificia1NeuraNetwork）的神经控制等，使控制系统在模型和参数变化时保护良好的控制性能，大大提高了调速系统的性能。 1.3 本课题的主要工作
本文主要的研究工作是根据电压空间矢量脉宽调制原理以及坐标变换模块、SVPWM模块以及整个PMSM闭环矢量控制仿真模型，使用MATLAB软件建立仿真模型结构图和观测仿真结果，永磁同步电机的仿真模型采用电流环和转速环的双闭环控制。仿真模型分别采用两种控制器，即线性PI控制器和自适应的模糊控制。线性PI控制器主要是根据永磁同步电
机的参数，利用相关算法设计出模型中P和I的数值，以使系统稳定。自适应的模糊控制主要是对其速度环进行智能设计。在分别研究永磁同步电动机模糊自整定PID控制的基础上，最终设计永磁同步电机的自适应模糊控制方法。研究的过程主要是根据相关文献资料和学术论文，利用MATLAB中的SIMULINK建立仿真模型进行仿真。论文的主要研究内容如下：
(1)在研究永磁同步电机数学模型和矢量控制原理的基础上，根据电压空间矢量脉宽调制原理以及坐标变换模块、SVPWM模块制定id?0的矢量控制方案，采用仿真软件MATLAB中的SIMULINK搭建系统仿真模型
(2)研究线性PI控制在永磁同步电机矢量控制系统中的应用。其中，最主要的是设计PI控制器，线性PI控制器的主要设计步骤为:
将设计好的PI控制器作为已搭建好的系统仿真模型中的速度调节器和电流调节器对整个系统进行仿真，验证线性PI控制在永磁同步电机矢量控制中的可行性。
(3)研究自适应模糊控制在永磁同步电机矢量控制系统中的应用，设计自适应模糊控制，将研究的主要内容是设计模糊控制器，该控制器利用模糊控制规则，相当于一个模糊关系存贮器。最后通过仿真实验证实这种方法的可行性。
第二章 永磁同步电机矢量控制系统
由于稀土永磁材料具有很高的剩磁密度和很大的矫顽力，由此做成的永磁转子在电动机内所需空间小，且它的导磁系数与空气导磁系数相近，对于径向结构的电动机交轴和直轴磁路磁阻均较大，可大大减少电枢反应。因此，永久磁铁励磁的同步电机具有体积小、重量轻、效率高、转子无发热问题、控制系统较异步电动机简单等特点。本章首先简要叙述了永磁同步电动机的基本结构和主要分类，然后对其数学模型进行了分析，给出了永磁同步电机的运动方程等，从而为对其进行矢量控制奠定了理论基础。 2.1 永磁同步电机的结构和分类
和普通同步电动机一样，永磁同步电动机也是由定子和转子两大部分组成。电机定子由定子铁心(由冲有槽孔的硅钢片压叠而成)、定子绕组(在铁心槽中嵌放三相电枢绕组)。转子通常由轴、永久磁钢及磁扼等部分组成，其主要作用是在电动机的气隙内产生足够的磁感应强度，与通电后的定子绕组互相作用产生转矩以驱动自身运转。
永磁同步电动机的转子磁钢的几何形状不同，使得转子磁场在空间的分布可分为正弦波和梯形波两种。因此，当转子旋转时，在定子上产生的反电动势波形也有两种：一种为正弦波；另一种为梯形波。这样就造成两种同步电动机在原理、模型及控制方法上有所不同，为了区别由它们组成的永磁同步电动机交流调速系统，习惯上又把正弦波永磁同步电动机组成的调速系统称为正弦型永磁同步电动机（PMSM）调速系统；而由梯形波（方波）永磁同步电动机组成的调速系统，在原理和控制方法上与直流电动机系统类似，故称这种系统为无刷直流电动机（BLDCM）调速系统。
永磁同步电动机转子磁路结构不同，则电动机的运行特性、控制系统等也不同。根据永磁体在转子上的位置的不同，永磁同步电动机主要可分为：表面式和内置式。在表面式永磁同步电动机中，永磁体通常呈瓦片形，并位于转子铁心的外表面上，这种电机的重要特点是直、交轴的主电感相等；而内置式永磁同步电机的永磁体位于转子内部，永磁体外表面与定子铁心内圆之间有铁磁物质制成的极靴，可以保护永磁体。这种永磁电机的重要特点是直、交轴的主电感不相等。因此，这两种电机的性能有所不同。 2.2 永磁同步电机的数学模型
永磁同步电机在不同坐标系上数学模型的表达式是不同的。在研究永磁
同步电机数学模型前，先对其作如下假设：
(1)电动机三相绕组完全对称；
(2)电动机气隙磁通在空间按正弦分布； (3)不计涡流、磁饱和等因素的影响； (4)转子上无阻尼绕组。
在这些假设的基础上，我们建立d-q轴数学模型，它不仅可以用于分析 PMSM的稳态运行性能，也可用于分析永磁同步电动机的瞬态性能。d-q同步旋转坐标系是一个二相旋转直角坐标系，它的d轴可按不同方向定向，其q轴逆时针超前d轴90?空间电角度，该坐标系在空间以定子磁场的同步角速度(也就是转子磁场的同步角速度)旋转，站在d-q同步旋转坐标系上再来看交流电动机各量，这些交流物理量就为直流量了。
由于转子磁通恒定，永磁同步电机调速系统常采用转子磁场定向的矢量控制技术，即将两相旋转坐标系的d轴在转子磁链?r方向上，其矢量图如图2-1所示
在转子d-q坐标系下，永磁同步电机的定子电压方程为 ud1?Rsid1?p?d1??r?q1 uq1?Rsiq1?p?q1??r?d1
式中ud1、uq1为定子电压矢量us的d、q轴分量，?r为转子角频率，p为微分算子。
永磁同步电机定子磁链方程为 ?d1?Ldid1??r
q is?iq ? ?r d 图2-1永磁同步电机id?0时的矢量图