引言

　　近年來，隨著電力電子技術和稀土永磁材料的快速發展，永磁同步電機(permanent magnet synchronous motor，PMSM)日益受到關注。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數學模型的基礎上給出一種改進方法。根據某臺電機的實際參數自定義PMSM模型，然后將其應用在變參數的系統中,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時，一般是在仿真開始前通過雙擊模塊后彈出靜態對話框進行設置。但是，在對時變系統進行動態仿真，研究變參數模型的時候，模塊的參數需要根據仿真環境的要求進行動態變化，這是無法通過設置靜態框實現的。從盡量貼近實際工程應用的角度考慮，建立變參數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，根據實際需求對庫文件電機模型做修改，再重新封裝，導入系統中實現仿真。

　　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，將出現其內部結構。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)。由于系統封裝過的PMSM組件處于鎖定狀態，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變化，修改過的PMSM模型內部結構見圖2。

　　圖3所示的電氣模型內部結構中，電阻和磁鏈隨溫度變化而變。交、直軸電感隨電流變化而變，其對應關系由電機的實測電感參數確立，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。不過，由于對庫文件做了改動，當仿真文件移動到別的環境下時，需將庫文件一起拷貝，降低了移植性。

具體案例：交直軸電感與電流的關系建立

本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/233863.htm

　　表1所示某款典型永磁同步電機的基本參數，主要用于電動汽車的動力電機。為了獲得該電機的實際電感變化趨勢，需要進行一些實驗，但本文將不介紹具體實驗方法。實測得到的Lq~iq數據、Ld~id數據導入Matlab環境中做曲線擬合，根據最小二乘法原理去除個別測量值的誤差，

最終得到函數關系，其擬合曲線見圖4。由圖可見，因為磁飽和效應，交、直軸電感分別隨電流幅值增大而減小。不過考慮到實際工程應用的可行性，這里忽略了交、直軸之間的耦合效應，所以不像一些文獻所描述的，電感會同時受交、直軸電流幅值影響。

　　仿真結果

　　首先，我們使用SIMULINK庫里的原始電機模型，搭配根據實際電機參數導出的MTPA(Maximum torque per ampere,最大扭矩單位電流)控制算法進行仿真。扭矩控制模式下的扭矩及速度響應見圖5，很明顯，由于原始電機模型未考慮磁飽和效應，導致實際輸出扭矩(黃色信號)逐漸大于參考扭矩值(90Nm，紅色信號)，在仿真結束時(1秒)扭矩誤差大于5Nm，這是因為交、直電感值未隨著電流增大而減小，使得電機模型算出的扭矩偏大。

　　為了驗證修改后的電機模型在整個控制算法中的準確性，將模型導入整個控制系統中，結合MTPA控制算法再進行仿真。同樣的控制算法，同樣的參數設置下，最后實際扭矩輸出基本吻合參考扭矩值，在仿真結束時(1秒)誤差小于1Nm，詳見圖6。

　　在這個仿真測試中，尚未加入溫度補償算法，所以將溫度輸入參數設定為20度的常量。但是，如果有較準確的電機溫升模型，用戶可以方便的添加溫度函數，并根據溫升模型建立相應的扭矩補償算法，從而使得整個扭矩控制算法更貼近實際工況[6]。

　　結論

　　整個永磁同步電機控制器的軟件算法開發是一個需要不斷測試驗證、不斷改進的較長過程，需要投入較大時間和人力成本。Simulink中集成的PMSM(永磁同步電機)模型在仿真中應用廣泛，本文針對Simulink中集成的永磁同步電機模型的改進，對于控制算法提出了改進要求，減少了實驗次數，有效提高了開發效率，對于實際工程項目具有重要意義。