Simulink中PMSM模型的改進在電機控制仿真中的工程應用

　　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(permanent magnet synchronous motor，PMSM)日益受到關(guān)注。目前，對于永磁同步電機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，不能滿足貼近實際工況的仿真要求，如電機參數(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)學模型的基礎(chǔ)上給出一種改進方法。根據(jù)某臺電機的實際參數(shù)自定義PMSM模型，然后將其應用在變參數(shù)的系統(tǒng)中,并在實際電機臺架進行測試，驗證仿真模型及控制算法的準確性。

　　Matlab中電機模型修改方法

　　Simulink庫中封裝的電機模型在設定參數(shù)時，一般是在仿真開始前通過雙擊模塊后彈出靜態(tài)對話框進行設置。但是，在對時變系統(tǒng)進行動態(tài)仿真，研究變參數(shù)模型的時候，模塊的參數(shù)需要根據(jù)仿真環(huán)境的要求進行動態(tài)變化，這是無法通過設置靜態(tài)框?qū)崿F(xiàn)的。從盡量貼近實際工程應用的角度考慮，建立變參數(shù)的電機模型非常有必要。基于對Simulink中集成PMSM模塊不足的分析，本文提出改進方式，根據(jù)實際需求對庫文件電機模型做修改，再重新封裝，導入系統(tǒng)中實現(xiàn)仿真。

　　打開SimPowerSystems工具箱集成的PMSM仿真模塊，鼠標右擊并選擇“Look Under Mask”命令，將出現(xiàn)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。模型中包含4個block塊，需要修改的兩個為Electrical model(電氣模型)和Mechanical model(機械模型)。由于系統(tǒng)封裝過的PMSM組件處于鎖定狀態(tài)，不允許用戶對其直接修改，只能修改庫文件[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，替換成信號端、Fcn函數(shù)等。

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

　　圖1給出了引出溫度temp前后的PMSM封裝對比。仿真時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，模仿具體工況下的溫度動態(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，其對應關(guān)系由電機的實測電感參數(shù)確立，在本文下一部分將舉例說明。

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