题目 1：永磁同步电机双闭环矢量控制系统仿真
一．实验目的
1．加深理解永磁同步电机矢量控制系统的工作原理
2．掌握永磁同步电机驱动系统仿真分析方法
二．实验要求：
1.永磁同步电机双闭环控制系统建模
2.电流控制器设计
3.电流环动态跟随性能仿真实验
4.转速控制器设计
5.转速环抗负载扰动性能仿真实验
6.给出仿真实验结果与理论分析结果的对比及结论
三．预习内容
注：以下所有找不到的器件均可以通过搜索框搜索
Simulink的启动在MATLAB中键入>>Simulink，进入Simulink library，2014 版本的可直接点击MATLAB界面上的 Simulink library，在Simulink界面上选择 File->New->Model 。
如图 1 所示：
图 1 Simulink界面
在 Simulink一级标题下点击source 将 step( 阶跃函数 ) 拖入空白文件作为
转速给定，也可用两个ramp 函数相减，使转速缓慢达到预定转速，如图2：
图2 转速给定
在 Simulink一级标题下点击Ports & Subsystems 选择Subsystem 放入空白文件并双击，删除In1 和 Out1 的连线，如图 3：
图3 子函数模块
选择 Simulink>Continuous下的integrator、Simulink>discontinuous下的 Saturation、Simulink>math operation下的gain和Add，连好线后保存并返回，作为 PI 调节器，其中 saturation可设置上下限为100和-100，如图4：
图 4 PI 子函数模块设置
此 PI 调节器输出结果作为 Iq 的电流给定，同样方法得到一个 PI 调节器，输出结果作为电压给定，并设置saturation 上下限为380 和-380 ，Simulink 下math operation 选择 sum双击并修改第二个“ +”为“ - ”，如图 5：
图 5 转速和电流反馈PI 调节
选择Simulink>Ports & Subsystems 下的Subsystem 拖入并双击进入子系统，并添加 2 个In1 和 1 个 Out1 如图6：
图6 接口模块
Simulink>math operation下选择Trigonometric Function Subtract 、Add加入文件，设置好后保存并退出，作为逆Park
、Product 、变换，如图 7：
图 7 反 Park 变换
再生成一个 PI 调节器，作为 d 轴电流调节器， Simulink>source 中选择constant 并设置为 0，如图 8：
图 8 静止坐标系电压生
svpwm模块建立过程过于复杂，可参考文献 [1][2] ，只列出总体框图如图 9 和图10，其中 Ts 为开关周期， Udc 为直流母线电压。
图 9 SVPWM生成结构
图 10 SVPWM生成模块
三相桥模块：早期版本 MATLAB选择 SimPowerSystems>specialized Technology>Power Electronics 文件下的 Universal Bridge （ ATTENTION：这
一步不在 Simulink一级标题下，往下寻找）, 2014 SimPowerSystems> Technology>Power Electronics, 版本在 Simscape>
找不到可以在搜索框中
输入对应器件名称搜索。
直流母线电压源： SimPowerSystems>specialized Technology>Electrical sources 选择 DC voltage source ，电压设置为 530V，如图 11：
图 11 三相桥模块
添加 PM电机模块：SimPowerSystems>specialized Technology>Machines 选择 Permanent Magnet Synchronous Motor,在添加Step信号作为转矩输入，暂
时设置为 0，如图 12：
图 12 PMSM电机模块设置
选择 Simulink>Signal routing下的Bus selector，PMSM上的m连接到Bus selector 上的输入端，双击Bus selector,选择Signals in the bus下的项，点击中间的 select ，可以全部添加。
如图13：
图 13 输出参数设置
选择 Simulink>Signal routing下的Mux,双击将数字改为3，将 Bus selector 输出端的 A BC相电流连接到 Mux的输入端，如图，并选择simulink>Sink 添加示波器 Scope 观测电流 , 如果需要查看波形的 FFT，双击scope>parameters>history, 去掉 limit data point to last 并勾选 save data to workspace 如图 14:
图 14 电流解耦
Clark 变换： simulink>Ports& Subsystems 选择加 Mux 和 DeMux，user-defined Functions选择Fcn,
Subsystem，双击进入添其中 Iabc 为三相电流，
设置如图15：
图 15 Clark 变换参数设置
Park 变换：Clark 变换的输出 Ia 、Ib 和电机的 theta 角作为 park 变换的输入，需要添加 Mux模块，其中 Function 设置如图 16 所示：
图 16 park 变换参数设置
双击点击模型 , 点击 parameter 选项 , 根据设置的电机极对数选择对电机转
子输出的机械角度乘以极对数得到电角度 , 如图 17 红色圈所示 . 电机为感性负
载 ,Clark 电流变换的角度有 90°相位差 , 所以需要减去 90 度.
Simscape>SimpowerSystem>specialized Technology 选择 powergui 添加到仿真图中，最终仿真图如图 17 所示：
图17 总体框图
仿真参数设置 Simulation>model configuration parameters，仿真步长可以设置为定步长或者变步长，定步长，此处设置为开关周期的一百分之一即
1/600000 ，变步长可以设置最大步长为开关周期的百分之一，在不同步长情况下查看仿真结果:
图 18 仿真参数设置
如果仿真过程中出现Data logging exceeded available memory，可以在示波器 parameters 中的参数， limit to last选项后的勾去掉，或者修改图18 中仿真步长。
若要添加转矩反馈，可以添加在电流反馈环之前。
调整转速PI 参数看看结果变化。
以上得到了最简易的电路图, 反馈的转速单位为rad/s ，给定转速单位若为r/min ，需要在反馈的转速乘以30/pi 。
线电压显示： simpower 下面找到voltage measurement 添加三个到电路图，+端连接三相桥的 A 相，“ - ”连接三相桥的 B 相，其余两个分别连接B-C， C-A。
相电压显示：将三相桥的直流电压给定分为两个，中间接地ground，A B C相通过voltage measurement 与 ground 相减连接示波器即可，如图19：
图 19 实验电路全图（可加测相电压）
四．实验报告要求：
1．对电机驱动系统的转速、电流、电压等仿真波形进行分析。
2．研究转速和电流调节器参数对驱动系统动态性能的影响。
参考文献：
[1]范心明 . 基于 SIMULINK的 SVPWM仿真 [J]. 电气传动自动化 ,
2009,03:19-21+34.
[2]SVPWM的原理及法则推导和控制算法详解。