Simulink中PMSM模型的改進(jìn)在電機(jī)控制仿真中的工程應(yīng)用

　　引言

　　近年來，隨著電力電子技術(shù)和稀土永磁材料的快速發(fā)展，永磁同步電機(jī)(permanent magnet synchronous motor，PMSM)日益受到關(guān)注。目前，對(duì)于永磁同步電機(jī)的建模和仿真研究大多集中在控制算法上，這主要得利于Matlab Simulink庫(kù)提供封裝好的PMSM模塊。但是，由于系統(tǒng)集成的PMSM模塊的先天不足，不能滿足貼近實(shí)際工況的仿真要求，如電機(jī)參數(shù)不可在線修改，反而給研究帶來不便。

　　本文首先分析指出SIMULINK中集成PMSM模塊的不足，然后在建立PMSM數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上給出一種改進(jìn)方法。根據(jù)某臺(tái)電機(jī)的實(shí)際參數(shù)自定義PMSM模型，然后將其應(yīng)用在變參數(shù)的系統(tǒng)中,并在實(shí)際電機(jī)臺(tái)架進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證仿真模型及控制算法的準(zhǔn)確性。

　　Matlab中電機(jī)模型修改方法

　　Simulink庫(kù)中封裝的電機(jī)模型在設(shè)定參數(shù)時(shí)，一般是在仿真開始前通過雙擊模塊后彈出靜態(tài)對(duì)話框進(jìn)行設(shè)置。但是，在對(duì)時(shí)變系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，研究變參數(shù)模型的時(shí)候，模塊的參數(shù)需要根據(jù)仿真環(huán)境的要求進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化，這是無法通過設(shè)置靜態(tài)框?qū)崿F(xiàn)的。從盡量貼近實(shí)際工程應(yīng)用的角度考慮，建立變參數(shù)的電機(jī)模型非常有必要?；趯?duì)Simulink中集成PMSM模塊不足的分析，本文提出改進(jìn)方式，根據(jù)實(shí)際需求對(duì)庫(kù)文件電機(jī)模型做修改，再重新封裝，導(dǎo)入系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)仿真。

　　打開SimPowerSystems工具箱集成的PMSM仿真模塊，鼠標(biāo)右擊并選擇“Look Under Mask”命令，將出現(xiàn)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。模型中包含4個(gè)block塊，需要修改的兩個(gè)為Electrical model(電氣模型)和Mechanical model(機(jī)械模型)。由于系統(tǒng)封裝過的PMSM組件處于鎖定狀態(tài)，不允許用戶對(duì)其直接修改，只能修改庫(kù)文件[5]。一般的操作步驟為：

　　1)解鎖。選中模塊右擊，在Link options中選擇Go to Library block，然后在打開的庫(kù)模型中選擇Edit/unlock library完成解鎖。

　　2)修改。找到需要修改的模塊，替換成信號(hào)端、Fcn函數(shù)等。

　　3)更新。返回仿真界面，點(diǎn)擊菜單Edit/Update diagram，更新修改的庫(kù)模型到仿真中。

　　圖1給出了引出溫度temp前后的PMSM封裝對(duì)比。仿真時(shí)temp外部引腳可接上常量，變量，或者用S-Function寫的含參變量的任意信號(hào)，模仿具體工況下的溫度動(dòng)態(tài)變化，修改過的PMSM模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖2。

　　圖3所示的電氣模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，電阻和磁鏈隨溫度變化而變。交、直軸電感隨電流變化而變，其對(duì)應(yīng)關(guān)系由電機(jī)的實(shí)測(cè)電感參數(shù)確立，在本文下一部分將舉例說明。

　　該法是對(duì)原PMSM模型的重新封裝，方便快捷，適用于其他任何參數(shù)。不過，由于對(duì)庫(kù)文件做了改動(dòng)，當(dāng)仿真文件移動(dòng)到別的環(huán)境下時(shí)，需將庫(kù)文件一起拷貝，降低了移植性。