永磁同步电机的矢量控制策略（十四）一一一位置环的仿真

14.永磁同步电机的矢量控制策略（十四）

14.1 永磁同步电机的三闭环矢量控制

之前的博客文章中所述的双闭环矢量控制系统，电流环属于内环，其作用是使电机电流跟随给定电流（速度环输出）的变化，对系统响应的快速性与准确性有着重要影响；转速环属于外环，其作用是使电机转速更好、更稳和更快的达到所期望 的转速，以及减少扰动对系统的影响，从而减小转速波动。然而，在三闭环矢量控制系统中，无非就是在前述的基础上再增加一个外环控制即位置环控制，其作用是通过位置检测的实际位置信号与期望位置信号的差值进行控制输出为转速环的参考指令，从而控制电机按照想要的速度和方向旋转，从而控制电机的位置。永磁同步电机的三闭环矢量控制系统方框图，如图所示。

图1 三闭环的永磁同步电机矢量控制系统方框图（这部分应该受画，我直接引用的别人的图）

图1是将PWM控制和永磁同步电机一起视作为被控对象，从而实现整体的控制，而我常喜欢把这两个进行分开，如图2所示。

图2 三闭环的永磁同步电机矢量控制系统方框图

图2所运用的是三闭环矢量控制，采取较为典型的id*=0的控制方式，同时三个控制器都是PI控制器。

14.2 永磁同步电机的三闭环矢量控制及分析

图3 三闭环的PI矢量控制系统仿真图

仿真条件设置：运行时长为0.4s，解算器为ode23tb， 转速设置条件为：恒定加载条件 10 N·m， 电机本体参数如下图所示：

仿真运行输出的波形与仿真分析如下：

图4 永磁同步电机三闭环矢量控制电机转角波形

图5 永磁同步电机三闭环矢量控制电机转矩波形

图6 永磁同步电机三闭环矢量控制电机转速波形

图7 永磁同步电机三闭环矢量控制电机电流波形

图8 永磁同步电机三闭环矢量控制电机位置波形（正弦位置预期信号）

图9 永磁同步电机三闭环矢量控制电机位置波形（阶跃位置预期信号）

仿真结果分析

由图8和图9位置输出波形来看，正弦波跟踪存在明显滞后且响应跟踪特性差；阶跃信号跟踪则达到预期较为缓慢，存在很大的提升与改进空间。由图7相电流波形输出来看，波形在位置信号预期发生改变的时刻，存在电流较大变样，以至于THD较大，这也导致了为什么转矩脉动如此大，由图5转矩输出波形可看出。同时，上述仿真输出均是带负载10 N·m的条件下运行的，为此进一步研究空载和负载下电机的输出特性（空载部分仿真输出图形省略，可私我这个基础的三闭环PI矢量控制仿真模型）。最终仿真结果显示，位置输出信号变得更加快速且平稳输出。

14.3 永磁同步电机的矢量控制策略系列讲解

永磁同步电机的矢量控制系统文章都在这了，有需要文档和仿真的可以私我。毕竟整理不容易哦，有偿指导研究哦。（本人一篇小论文见刊，四篇发明专利，以及外文一篇）欢迎各位的骚扰，希望分享的同时既帮助了大家，也让自己对学习有更深的认识。

永磁同步电机的矢量控制策略（一）一一一坐标变换

永磁同步电机的矢量控制策略（二）一一一数学模型

永磁同步电机的矢量控制策略（三）一一一PWM控制算法

永磁同步电机的矢量控制策略（四）一一一电流环控制

永磁同步电机的矢量控制策略（五）一一一转速环控制

永磁同步电机的矢量控制策略（五）——— 电流环转速环 PI 参数整定（补充部分）

永磁同步电机的矢量控制策略（六）一一一SPWM控制

永磁同步电机的矢量控制策略（七）一一一SVPWM控制

永磁同步电机的矢量控制策略（八）一一一仿真模型搭建与源代码

永磁同步电机的矢量控制策略（九）一一一自动PI参数整定

永磁同步电机的矢量控制策略（十）一一一电流环的前馈补偿控制

永磁同步电机的矢量控制策略（十一）一一一弱磁控制（梯度下降法）

永磁同步电机的矢量控制策略（十二）一一一MTPA最大转矩电流比控制

永磁同步电机的矢量控制策略（十三）一一一弱磁控制（超前角）

永磁同步电机的矢量控制策略（十五）一一一Ansys Simplorer和Matlab/Simulink联合仿真