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摘 要

ABSTRACT 2

第一章 绪论 3

1.1 课题的背景及意义 3

1.2 永磁同步电动机的研究现状 3

1.3 张力控制的研究现状 3

1.4论文研究的主要内容 4

第二章 永磁同步电机及其控制 5

2.1 永磁同步电机运行原理 5

2.2 永磁同步电机的数学模型 5

2.2.1 数学模型建立基础-坐标变换 5

2.2.2 d-q坐标系下永磁同步电动机的数学模型 6

2.3 永磁同步电机矢量控制 7

2.3.1电机矢量控制的基本原理 7

2.3.2空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）技术 8

2.4 小结 11

第三章 张力控制系统 12

3.1 张力控制系统介绍 12

3.2 恒张力控制系统分析 12

3.3 PID控制的基本原理 13

3.3.1 增量式PID控制算法 13

3.3.2 位置式PID控制算法 14

3.4 PID控制的改进算法 15

3.4.1带有死区的PID控制 15

3.4.2积分分离的PID控制 15

3.4.3 不完全微分的PID算法 16

3.4.4 自寻最优参数的PID算法 16

3.5 电流张力双闭环控制系统控制策略 16

3.6 小结 16

第四章 控制系统仿真分析 17

4.1 仿真平台介绍 17

4.2仿真模型 17

4.2.1仿真模型的搭建 17

4.2.2仿真参数 19

4.3 仿真结果分析 19

4.3.1电流单闭环仿真结果 19

4.3.2电流张力双闭环控制系统仿真 21

4.3.3变张力控制系统仿真 23

4.4 结论 24

4.5 小结 25

第五章 总结 26

致谢 27

参考文献： 28

摘要：在如今的工业生产加工过程中，特别是造纸、钣金制品、纺织等生产过程中，卷取是非常重要的一道工序，卷取的好坏与产品的质量问题息息相关，而卷取的关键因素就是张力。因此，恒张力控制系统在工业生产中的作用就显得尤为重要。而基于永磁同步电机的恒张力控制系统响应速度快、控制精度高，因此本论文的主要工作是围绕基于永磁同步电机的恒张力控制系统的仿真设计来开展的。

本文在前面部分主要研究永磁同步电动机的数学模型和控制原理，着重对张力控制系统进行分析，针对张力控制系统一直以来的发展状况以及恒张力控制系统的控制策略进行分析。通过对张力系统的分析，结合张力控制系统参数的变化规律，完成基于常规PID调节器的参数整定。最后在MATLAB/Simulink中完成仿真模型的搭建，验证相关的控制方法及控制系统性能对电机参数的敏感性。

关键词：永磁同步电机；恒张力控制系统；PID；Simulink仿真

ABSTRACT：In modern industrial production, especially paper, metal products, textiles and other production process, coiling is very important in the production process of a process, which has a direct impact on the quality of the product.Therefore, constant tension control system in industrial production will play a particularly important role. While permanent magnet synchronous motor with small size, high efficiency, flexible control, motion control, servo drives and other fields is widely used.The constant tension control system response speed permanent magnet synchronous motor based on fast, high control accuracy, so the main work of this paper is to focus on design simulation constant tension control system of permanent magnet synchronous motor based undertaken.

In the previous section of this article we describe a mathematical model of permanent magnet synchronous motors and control theory, focusing on the study of tension control system, the control strategy of tension control system development and current situation of constant tension control system for analysis.Through a systematic analysis of the tension, and tension control system parameter variation, complete conventional PID controller parameter tuning based. Finalization build a simulation model in MATLAB / Simulink, verify that the associated control method and control system performance sensitivity of the motor parameters.

Keywords: Permanent magnet synchronous motor; Constant tension control system; PID; Simulink simulation

第一章 绪论

1.1 课题的背景及意义

随着永磁材料性能的提高,以及电机控制理论、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术的发展，永磁同步电机应用日益广泛，在众多领域与批量取代传统的直流电机和异步电机。

在纱线、印染、织物、化学纤维和金属制品的加工过程中，张力是一个很重要的因素。但是从我们队各种技术要求的不同，到最终想要求得的效果也有差异，这些都存在相应的困难。另外在许多工业生产加工过程中会产生额外的附加张力。但是这种额外产生的张力不是我们所希望的，所以也必须尽可能的消除掉它。因此，如何才能保持加在生产材料上的张力恒定，是我们在研究张力控制系统的时候急需解决的问题。而要保持张力的恒定，从电机的角度来看，主要取决于下面的两点：一个是两台电动机之间存在的速度差值。一般在加工过程中都会涉及到两台电动机，随着收线长度逐渐的在卷绕过程的增加，收线电动机的转速也必须要随之而发生改变；另一个是，随着收线轮重量的增大和直径的增加，它的转矩也要不断的变大，这样才能做到我们所希望的保持张力稳定的目标。从上面的两点可以看出，维持张力稳定的关键所在是要控制其转矩和转速的变化，否则设备可能将无法正常运行。由此可见，保持张力的恒定在工业生产过程中的重要性。而基于永磁同步电机的恒张力控制系统，它的响应速度快，控制精度高，在工业生产上有着广泛的应用前景，因此更具有深刻的研究意义与价值。

1.2 永磁同步电动机的研究现状

对由稳定频率供电的永磁同步电动机的研究是最先开始的，以永磁同步电动机的稳态和直接启动特性为主要的内容。再发展才有了由逆变器供电的永磁同步电动机的深层研究。上面提到的两类永磁同步电机，他们整体的结构是大致相同的，基本上都是没有阻尼绕组的。阻尼绕组有下面的三个特点：第一，电流通过阻尼绕组时会产生热量，这些热量会导致电机的温度上升，当温度过高时，电机的永久磁铁将会发生退磁；第二，阻尼绕组会增大转动惯量，使得电机转矩/惯量比下降，而转矩/惯量比越小，将不再适合快速运动装置的驱动控制；第三，阻尼绕组的齿槽使电机脉动力矩增大，而脉动转矩的存在将使电动机的运行变得不稳定。

同时因为有了计算机、电力电子、控制理论等高新技术的快速发展，永磁同步电机的矢量控制系统的全数字控制也有了飞速的发展，矢量控制的研究与相应产品的开发工作也受到了研发新产品的人员和机构的普遍重视。矢量控制其实是用计算机软件来代替传统的模拟控制，用计算机软件来进行控制更是有着模拟控制系统不能比的优越性能。因此，数字式控制的交流永磁同步电动机矢量控制系统会在工业生产中开拓了更为广泛的应用领域。

1.3 张力控制的研究现状

最开始的张力控制系统，因为它比较重要的是模拟器件，是以模拟量为信号，所以它的精度不够高，调试起来也十分困难。但是随着各种检测技术的不断发展，张力控制系统也越来越趋向精确。

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