永磁同步电机矢量控制系统研究
永磁同步电机的矢量控制系统
永磁同步电机的矢量控制系统一、本文概述随着科技的不断进步和工业的快速发展，电机作为核心动力设备，在各种机械设备和工业自动化系统中扮演着至关重要的角色。
其中，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的控制性能等优点，被广泛应用于电动汽车、风力发电、机床设备等领域。
为了实现永磁同步电机的精确控制，提高其运行效率和稳定性，矢量控制（Vector Control）技术被引入到永磁同步电机的控制系统中。
本文将对永磁同步电机的矢量控制系统进行深入探讨。
文章将简要介绍永磁同步电机的基本结构和运行原理，为后续的矢量控制理论奠定基础。
接着，文章将重点阐述矢量控制的基本原理和实现方法，包括坐标变换、空间矢量脉宽调制（SVPWM）等关键技术。
文章还将分析矢量控制系统中的传感器选择、参数辨识以及控制策略优化等问题，以提高系统的控制精度和鲁棒性。
通过本文的研究，读者可以对永磁同步电机的矢量控制系统有一个全面而深入的了解，为实际应用中提高永磁同步电机的控制性能提供理论支持和指导。
本文还将探讨未来永磁同步电机矢量控制系统的发展趋势和挑战，为相关领域的研究者和工程师提供有价值的参考信息。
二、永磁同步电机的基本原理永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种高效、高性能的电机类型，其工作原理基于电磁感应和磁场相互作用。
PMSM的核心组成部分包括定子、转子和永磁体。
定子通常由三相绕组构成，负责产生旋转磁场；转子则装有永磁体，这些永磁体在定子产生的旋转磁场作用下，产生转矩从而驱动电机旋转。
PMSM的工作原理可以简要概括为：当定子三相绕组通入三相交流电时，会在定子内部形成旋转磁场。
由于转子上的永磁体具有固定的磁极，它们在旋转磁场的作用下会受到力矩的作用，从而使转子跟随定子磁场的旋转而旋转。
通过控制定子电流的相位和幅值，可以精确控制旋转磁场的转速和转向，从而实现对PMSM的精确控制。
详解永磁同步电机矢量控制
永磁同步电机矢量控制
由于永磁同步电机(PMSM)在诸多方面的优势，在控制领域引起了极大的兴趣。
矢量控制的基本思想[4-5]是在普通的三相交流电动机上设法模拟直流电动机转矩控制的规律。
按磁场定向坐标,将电流矢量分解成产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量,并使两分量互相垂直,彼此独立,然后分别进行调节。
这样交流电动机的转矩控制。
从原理和特性上就和直流电动机相似了。
矢量控制的目的是为了改善转矩控制性能．而最终仍然是对定子电流的控制。
由于在定子侧的各物理量,如电压、电流、电动势、磁动势都是交流量,其空间矢量在空间以同步转速旋转,调节和控制都不容易。
因此需要借助于坐标变换,使各物理量从静止坐标系转换到同步旋转坐标系,这时各空间矢量就都变成了直流量。
电流矢量分解成产生磁通的励磁电流分量i d和产生转矩的转矩电流分量i q,如图2所示,这样转矩和被控量定子电流之间的关系就一目了然。
图2.转矩和被控量定子电流之间的关系
永磁同步电机的矢量控制系统由四部分组成：1．位置、速度检测模块；2．速度环,电流环PI控制器；3．坐标变换模块；4．SVPWM模块和逆变模块。
控制过程为：速度给定信号指令与检测到的转子速度相比较,经速度控制器的调节,输出I指令信号(电流控制器得给定信号)。
同时,经过坐标变换后,定子反馈的三相电流变为i d,i q,通过电流控制器使：i d=0,i q与给定的i∗q相比较后,经过电流调节器的输出为d,q轴的电压,经Park逆变换后为α、β电压。
通过SVPWM模块输出六路PWM驱动IGBT．产生可变频率和幅值的三相正弦电流输入电机定子。
一种改进的永磁同步电机矢量控制系统的研究
１ 引 言 Ｐ Ｍ采 用 矢 量 控 制 的 目 的是 改 善 转 矩 的控 ＭＳ
制 性 能 ， 关键 是对 定 子 电流 进行 控制 。 其 电流控 制 环 节 的动 态 响 应特 性 直接 决 定矢 量 控 制 策 及 矢 量 控 制 系 统 原 理 Ｍ Ｍ
定 子绕组 电感 ｄ ｑ轴 分量 ； 为永磁 体产 生 的磁链 ； 为 ，
电机输 出转矩 ； 为 负载转 矩 ； 电机极 对 数 ； 为转动 ． ｎ为 ＇ ， 惯量； ∞为转 子 电角 速度川。
基 础 上 ． 入 了一 种 采 用 模 糊 一Ｉ 模 控 制 的速 度 加 Ｐ双 控 制 器 ， 以期 望 二 者 结 合 能 够 使 控 制 系 统 达 到 更 好 的控 制 性 能
摘 要 ： 对采 用 传统 Ｐ 针 Ｉ电流 、 速调 节 器 的永 磁 同步 电机 （ ＭＳ 矢量 控 制系 统 中存 在 启 动 转速 、 矩 波 动 转 Ｐ Ｍ） 转 大． 电流跟踪 效果 不理 想等 问题 ， 别设 计 了采用积 分分 离 的 电流 调节 器和 采用 模糊 ．Ｉ 分 Ｐ 双模 控 制策 略 的速 度 调节 器 ， 并在 Ｍ ｆ ｂ环 境下搭 建 了模 型进行 仿真分 析 。 真结 果表 明 ， ａａ ｌ 仿 该控 制系统 较传统 控制 系统具 有更好 的 动静态 特性 ． 最后针对 所提 出的方 法进行 实验验 证 ． 实验 结果进 一步 证 明了该结 论 的正确性 。 关键 词 ： 永磁 同步 电机 ；矢量 控制 ：积分 分离 ；模 糊控制
矢量 控 制系 统 中 电流 调 节器 的性 能 。
ｆ Ｍ ｄ ｄ一 ， ｑ ｓ ｄ ｄ ∞ ｔ ｕ Ｒｉ ｔ Ｄ ＝ ｇ ＋ ＋ ｛ ｄ ， ＋ ＝
【ｏ３ 蛳 Ｔ ｎ（ 一 ） ， （／ ）ｄ ／ｔ＝ ＝ ／ Ｊ （ｗ ｄ） 一 ２ ｎ
永磁同步电机矢量控制分析
永磁同步电机矢量控制分析一、本文概述永磁同步电机（PMSM）作为一种高性能的电机类型，在现代工业、交通以及新能源等领域的应用日益广泛。
其矢量控制技术，即通过对电机电流的精确控制，实现对电机转矩和磁场的独立调节，从而实现电机的高效、稳定运行。
本文旨在全面分析永磁同步电机的矢量控制技术，包括其基本原理、控制策略、实现方法以及在实际应用中的优缺点，为相关领域的研究者和工程师提供有益的参考。
本文将对永磁同步电机的基本结构和工作原理进行简要介绍，为后续的分析奠定理论基础。
然后，将重点讨论矢量控制技术的理论基础和实现方法，包括空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术、电流环和速度环的设计与控制策略等。
在此基础上，本文将深入分析矢量控制技术在永磁同步电机中的应用，包括其在提高电机效率、优化动态性能以及提升系统稳定性等方面的作用。
本文还将对矢量控制技术在永磁同步电机应用中的挑战和前景进行探讨。
一方面，将分析当前矢量控制技术在实际应用中面临的主要问题，如参数敏感性、控制复杂度以及成本等；另一方面，将展望未来的发展趋势，如智能化、集成化以及优化算法的应用等。
本文将对永磁同步电机矢量控制技术的未来发展提出展望，以期为该领域的进一步研究和应用提供参考。
二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一种高效、高功率密度的电机，广泛应用于电动汽车、风力发电、工业自动化等领域。
其基本原理主要基于电磁感应和磁场相互作用。
PMSM的核心部件是永磁体，这些永磁体通常嵌入在电机的转子中，形成固定的磁场。
当电机通电时，定子中的电流会产生一个旋转磁场。
这个旋转磁场与转子中的永磁体磁场相互作用，使得转子开始旋转。
通过精确控制定子中的电流，可以实现对转子旋转速度、方向和扭矩的精确控制。
在PMSM中，矢量控制是一种重要的控制策略。
矢量控制通过独立控制电机的磁通和扭矩分量，实现了对电机的高效、高性能控制。
基于id=0的永磁同步电机矢量控制研究
基于id=0的永磁同步电机矢量控制研究近三十多年来电动机矢量控制，直接转矩控制等控制技术的问世和计算机人工智能技术的进步，使得电动机的控制理论和实际控制技术上升到了一个新的高度。
据目前情况而言，交流永磁同步电机驱动系统大多选择采取矢量控制的方式，本文主要从id=0控制的角度对其进行研究。
标签：矢量控制；id=0；研究交流永磁同步电机（后文简称PMSM）矢量控制思想本质上来说就是通过对定子电流的矢量相位和幅值的控制从而达到控制电机转矩。
由式（4.23）可知，如果npψriq和np（Ld-Lq）的值如果确定，转矩此时仅由id和iq来决定，而且两者一定是跟踪着一定的id*和iq*，且与一定的转矩相对应，因此便可以达到电机转矩控制的目的。
由于实际接入电机电枢绕组的电流是三相交流的，假定分别为iu，iv，iw，由此，id和iq的反馈值必须在变换阵进行变换。
因为d轴方向与永磁体磁链方向是一致的，PMSM转子在空间的位置就是d轴的空间位置，而且可由速度/位置传感器进行测量得到。
必须说明，对电机稳态和瞬态运行来说电流矢量控制都是可行的。
还因为id和iq两者都是可以单独控制的，使得各种先进的控制更容易实现。
id=0控制就是让PMSM定子电流的直轴分量始终等于0。
由PMSM在dq 坐标下的电压方程：ud=pψd-ωψq+Rsid，uq=pψq-ωψd+Rsiq （1）简化整理得到：ud=-ωψq，uq=Rsiq+pψq+ωψr （2）直轴电流等于0，也就是说直轴绕组等效电路开路状态不工作。
于是，不妨忽略定子直轴电压分量的影响，仅由交轴电压方程可得：此时PMSM和他励直流电机雷同，定子电枢绕组即是交轴电流分量；励磁磁链等于转子永磁体产生的磁链，其大小恒定不变；在等效交轴绕组中，励磁电势只和转子角速度成正比。
因为定子磁动势与转子磁场两者的空间矢量是正交的，所以此时电磁转矩跟交轴电流成正比，由式（4.23）简化得到：Te*=npψriq* （3）仅当iq增大到imax时，电机达到恒定的最大电磁转矩，转速从0提速至额定转速，反电动势也相应增大，其值接近电压限幅值。
永磁同步交流电机矢量控制系统的离散模型与连续模型
永磁同步交流电机矢量控制系统的离散模型与连续模型摘要本文主要探讨了永磁同步交流电机（P MSM）矢量控制系统的离散模型与连续模型。
首先介绍了PM SM的基本原理和矢量控制的背景，然后详细讲解了P MS M的离散模型和连续模型的建立方法，并给出了具体的数学公式和推导过程。
最后通过仿真实例对比了离散模型和连续模型之间的性能差异，验证了模型的有效性。
1.引言随着现代工业的发展和对高性能电机的需求，永磁同步交流电机成为了越来越重要的一种电机类型。
矢量控制是目前最常用的永磁同步电机控制方法之一，它通过精确控制电机的电流和转子位置，实现了电机的高效能运行。
在矢量控制系统中，离散模型和连续模型是两种常见的模型表示方法，本文将对它们进行详细介绍和比较。
2.永磁同步交流电机的基本原理和矢量控制背景2.1永磁同步交流电机的基本原理永磁同步交流电机是一种利用永磁体产生磁场，与电动机转子上的磁场进行交互作用，从而实现转矩输出的电机。
它具有高效率、高功率密度和响应速度快等特点，广泛应用于工业领域。
2.2矢量控制背景矢量控制是控制电机转子磁场和电流矢量，使得电机具有类似直流电机的性质，从而实现高效率和高性能的控制方法。
通过矢量控制，可以实现电机转速和转矩的精确控制，提高电机的响应速度和运行效率。
3.离散模型的建立3.1离散模型的基本原理离散模型是将连续时间系统转化为离散时间系统的一种模型表示方法。
对于永磁同步交流电机的离散模型，我们需要确定离散化的采样周期和采样时间间隔。
3.2离散模型的建立方法通过对永磁同步交流电机的连续模型进行数学推导和离散化处理，可以得到其离散模型。
离散模型包括转子位置和速度估计等关键参数，它们是实现矢量控制的基础。
4.连续模型的建立4.1连续模型的基本原理连续模型是对永磁同步交流电机系统在连续时间范围内的一种精确描述。
通过对电机的物理特性和运动方程进行建模，可以得到其连续模型。
4.2连续模型的建立方法利用电机的动态方程和瞬时功率平衡方程，可以推导出永磁同步交流电机的连续模型。
永磁同步电动机矢量控制调速系统研究
、
一
置 ，带有绝 对信 息功 能 ，３路 彼 此相 差 １０ ，占空 ２。 比为 ０５ ．。另 一组 完全 同增量 式光 电编码 器 ，输 出 ３
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４
路方波脉冲 Ａ 、Ｂ和 ｚ 、Ｂ两路脉冲相位差 ９。 。Ａ ｏ， 可以用来判断转 向，ｚ脉冲每转一个 ，用于基准点 定位 ，ｕ 、ｗ 信号用于伺服系统转子磁极的初始 、Ｖ 定位。在应用中应该保证复合式光电编码器 的极对 数与电机的极对数一致。转子旋转一周 ，编码器 ｕ 、 Ｖ 、ｗ 三相中任一相就发出与极对数相同的脉冲个 数。根据 ｕ 、ｗ 相电平高低 的组合就可知转子 、Ｖ 的区间范 围。同时根据 ｕ 、ｗ 的 ３位信号，可 、Ｖ 以将转子的位置确定在６ 。 ｏ 电角度的范围里，故由此 可以得出 Ｕ、Ｖ、ｗ 与转 子 角 位 置 关 系见 表 １ 。当 Ｕ、Ｖ、ｗ 读数在 １０时 ，可 以取其 角度 为 ０ 到 ６ 。 ０ 。 ｏ
Ｍ ａ ｎ ｔＳ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓＭ ｏ ｏ ｇ ｅ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｔ ｒ
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制框图。该系统可以工作于速度给定和位置给定模式
下 ，并且 Ｐ 调制方法采用空 间矢量调制法 。 ＷＭ
收 稿 日期 ：２０ －５３ ０ ６０ －０
维普资讯
ｎｅ ｔｍａ ｎ ｔｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｍｏｏ ｒ ｉｃ ｓ ｅ ｎ ｇ ｅ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｔ ｒａ ｅ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ．
永磁同步电动机矢量控制
永磁同步电动机矢量控制永磁同步电动机是一种新型的高性能电机，具有高效率、高功率密度、高转矩密度等特点，在工业和交通领域有广泛应用。
矢量控制是一种高级的控制方法，可以实现电机的高精度运行和性能优化。
本文将介绍永磁同步电动机矢量控制的结构和方法。
永磁同步电动机的结构包括永磁转子、定子绕组和控制器等几个部分。
永磁转子由永磁体和转子绕组组成，永磁体产生一个恒定的磁场，而转子绕组用于传导电流。
定子绕组是通过变频器提供的三相电流激励，产生旋转磁场。
控制器则根据电机的位置、速度和负载要求等信息，调节电机的电流和控制策略，实现对电机的控制。
永磁同步电动机的矢量控制方法主要包括电流控制、转子磁链观测、速度和位置估算等几个步骤。
电流控制是通过控制器提供的电流指令，调节电机的电流大小和相位，使电机的磁场与转子磁场同步，实现最大力矩输出。
转子磁链观测则通过计算电机的电流与磁场之间的关系，实时估算转子的磁链大小和位置，用于后续的控制。
速度和位置估算则是通过测量电机的转子位置和速度，采用信号处理和滤波算法，推算出电机的实际运行状态，用于控制器的反馈。
在矢量控制中，还可以应用一些高级控制技术，如预测控制、自适应控制和模型预测控制等，以进一步提高电机的性能和动态响应。
预测控制通过模型预测电机的状态和负载要求，优化控制策略，实现最佳性能。
自适应控制则是通过实时调节控制器的参数，使控制器能够适应电机的变化，提高控制性能。
模型预测控制则是通过建立电机的动态数学模型，预测未来一段时间的状态和输出，以实现最佳的控制性能。
综上所述，永磁同步电动机矢量控制是一种高级的电机控制方法，能够实现对电机的高精度控制和性能优化。
通过控制电机的电流和磁场，在不同的工况下实现最大力矩输出和高效能运行。
未来，随着控制算法和硬件技术的不断发展，永磁同步电动机矢量控制在各个领域将有更广泛的应用。
基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计共3篇
基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计共3篇基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计1基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计随着现代电子技术的发展，控制技术逐渐成为重要的研究领域。
永磁同步电机作为一种高效、稳定的电机，已经得到广泛应用。
而矢量控制技术，则可实现对永磁同步电机的精确控制，提高其效率和稳定性。
本文，我们将介绍基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究和设计。
从系统架构、控制算法、硬件设计以及实验测试等方面，详细探究其原理和实现方法。
一、系统架构永磁同步电机矢量控制系统主要由两部分组成：控制器和电机。
其中，控制器采用DSP作为核心，运行矢量控制算法，将电机转速、位置等信息输入进行控制。
电机由永磁同步电机、驱动器和传感器组成。
二、矢量控制算法矢量控制算法主要包括两种：基于空间矢量分解的矢量控制和基于旋转矢量的矢量控制。
其中，基于空间矢量分解的矢量控制是通过将电机的空间矢量分解为定子和转子磁链矢量，控制其大小和相位差来实现永磁同步电机的转矩和转速控制；基于旋转矢量的矢量控制则是通过构建一个旋转矢量，并控制其与电机运动的相对位置来实现对电机的精确控制。
三、硬件设计在硬件设计方面，我们采用了一种小型化的设计方案，将DSP 与其他电路集成在一起，便于控制和维护。
电机驱动器采用了3相全桥逆变器，可实现对电机的相位和大小控制。
传感器为霍尔传感器，并通过反馈控制将电机转速等信息输入到控制器中。
四、实验测试为了验证所设计的永磁同步电机矢量控制系统的有效性，我们进行了实验测试。
通过转速和转矩测试，得到了电机在加速、减速、负载改变等情况下的运行特性。
实验结果表明，所设计的永磁同步电机矢量控制系统具有较高的控制精度和稳定性。
五、结论综上所述，基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究和设计可实现对永磁同步电机的精确控制，提高其效率和稳定性。
对于电机控制领域的研究和应用具有一定的参考和借鉴价值本文介绍了基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究和设计。
永磁同步电机矢量控制策略研究与控制器实现
永磁同步电机矢量控制策略研究与控制器实现一、本文概述随着科技的不断进步和工业领域的快速发展，永磁同步电机（PMSM）作为一种高性能的驱动设备，在电动汽车、风力发电、机器人等领域得到了广泛应用。
矢量控制作为永磁同步电机控制中的核心技术，对于提高电机的动态性能、稳定性和效率具有重要意义。
本文旨在对永磁同步电机的矢量控制策略进行深入研究，并探讨其实际控制器实现的方法。
本文将首先介绍永磁同步电机的基本原理和矢量控制的基本原理，为后续研究提供理论基础。
接着，将重点分析几种常用的矢量控制策略，包括iₑ=0控制、最大转矩/电流比控制、弱磁控制等，比较它们的优缺点，并根据不同应用场景选择合适的控制策略。
本文还将探讨矢量控制策略在实际控制器中的实现方法。
这包括硬件平台的选择、控制算法的编程实现、以及实验验证等步骤。
通过实际控制器实验，验证所提控制策略的有效性，并分析实验结果，为进一步优化控制策略提供指导。
本文将对永磁同步电机矢量控制策略的研究进行总结，并展望未来的研究方向和应用前景。
通过本文的研究，旨在为永磁同步电机的矢量控制提供理论支持和实践指导，推动永磁同步电机控制技术的发展和应用。
二、永磁同步电机理论基础永磁同步电机（PMSM）是一种高性能的电机类型，其工作原理基于电磁感应和磁场定向控制。
与传统的感应电机相比，PMSM具有更高的功率密度和效率，因此在许多领域，如电动汽车、风力发电和精密工业设备等，得到了广泛应用。
PMSM的核心部件是永磁体，它们产生恒定的磁场，与电机中的电流相互作用，产生转矩并驱动电机旋转。
电机的旋转速度与施加到电机上的电压和电流的频率成正比，这是电机控制的基础。
在PMSM的控制中，矢量控制策略是一种重要的方法。
矢量控制，也被称为场向量控制，是一种通过独立控制电机的磁通和转矩来实现高性能运行的控制策略。
它允许电机在宽速度范围内保持高效的能量转换和稳定的运行。
为了实现矢量控制，需要对PMSM的数学模型有深入的理解。
基于DSP的永磁同步电动机矢量控制系统研究 电气工程及其自动化专业毕业设计 毕业论文
诚信声明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。
作者签名：日期：年月日湖南工程学院毕业设计（论文）任务书————☆————设计（论文）题目：基于DSP的永磁同步电动机矢量控制系统研究姓名周琳系别应用技术学院专业电气工程及其自动化班级0786 学号200713010616指导老师颜渐德教研室主任谢卫才一、基本任务及要求：1）掌握矢量控制的基本原理。
2）掌握永磁同步电动机矢量控制系统。
3）利用MATLAB软件仿真，分析。
4)硬件设计及软件设计二、进度安排及完成时间：2月20日：布置任务，下达设计任务书2月21日——3月10日：查阅相关的资料（总参考文章15篇，其中2篇以上IEEE的相关文章）。
3月13日——3月25日：毕业实习、撰写实习报告3月27日——5月30日：毕业设计、4月中旬毕业设计中期抽查6月1日——6月7日：撰写毕业设计说明书（论文）6月8日——6月10日：修改、装订毕业设计说明书（论文），并将电子文档上传FTP。
6月11日——6月12日：毕业设计答辩目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第１章概述 (1)1.1永磁同步电动机的发展概况及应用前景 (1)1.1.1 永磁同步电动机发展概况 (1)1.1.2 永磁同步电动机特点及应用 (2)1.2永磁同步电动机控制系统的发展现状与趋势 (3)1.3课题研究的背景及本文的主要研究内容 (4)1.4本课题的研究意义 (5)第2章永磁同步电动机的结构及其数学模型 (7)2.1永磁同步电动机的结构 (7)2.2永磁同步电动机的数学模型 (8)2.2.1 永磁同步电机在静止坐标系(UVW)上的模型 (8)α-)上的模型方程 (10)2.2.2 永磁同步电机在两相静止坐标系(β2.2.3 永磁同步电机在旋转坐标系(d q-)上的数学模型 (12)第3章永磁同步电机矢量控制及空间矢量脉宽调制 (16)3.1永磁同步电机的控制策略 (16)3.1.1永磁同步电机外同步控制策略 (16)3.1.2 永磁同步电机自同步控制策略 (16)3.1.3 永磁同步电动机的弱磁控制 (19)3．2空间矢量脉宽调制(SVPWM) (19)3.2.1 空间矢量脉宽调制原理 (19)3.2.2 空间矢量脉宽调制实现 (22)3.3PI控制器的设计 (24)3.3.1 电流环PI控制器的设计 (24)3.3.2 速度环PI控制器的设计 (25)第4章系统仿真模型 (26)4.1MATLAB仿真工具箱简介 (26)4.2闭环控制系统仿真 (27)4.3仿真结果及分析 (31)第5章永磁同步电机控制器的硬件设计 (34)5.1功率变换单元的设计 (34)5.1.1 三相桥式主电路 (35)5.1.2 IR2130驱动器 (36)5.1.3 信号隔离电路 (38)5.2检测单元的设计 (38)5.2.1位置检测单元的设计 (38)5.2.2 电流检测电路 (40)5.2.3 电压检测电路 (40)5.3控制器的设计 (41)5.3.1 DSP的特点和资源 (42)5.3.2 系统设计中所用的DSP硬件资源 (43)5.4电平转换 (44)5.5保护电路的设计 (45)5.5.1 过流保护电路 (45)5.5.2 过压保护电路 (46)5.5.3 上电保护电路 (46)5.5.4 系统保护电路 (47)第6章永磁同步电机控制器的软件设计 (48)6.1DSP软件一般设计特点 (48)6.1.1 公共文件目标格式 (48)6.1.2 Q格式表示方法 (49)6.2控制系统软件的总体结构 (50)6.3控制系统子程序设计 (53)6.3.1 位置和速度计算 (53)6.3.2 速度、电流PI控制 (55)6.3.3 电流的采样与滤波 (56)6.3.4 坐标变换软件实现 (58)6.3.5 正余弦值的产生 (58)6.3.6 空间矢量PWM程序 (59)结束语 (60)参考文献 (61)致谢 (62)附录 (63)基于DSP永磁同步电动机矢量控制系统研究摘要：本论文在分析了PMSM的结构、数学模型的基础上采用弧公司专用于电机控制的TMS320F2407A型数字信号处理器作为核心，开发了全数字化的永磁同步电机矢量控制调速系统，主要完成了以下几个方面的工作：(1)本文查阅大量的文献资料，阐述了永磁同步电机的发展概况及应用以及其控制系统的发展现状，讨论了此课题的研究意义。
永磁同步电动机PMSM矢量控制系统的研究
永磁同步电动机PM SM矢量控制系统的研究夏燕兰(南京工业职业技术学院，南京2100146)研究与开发摘要本文根据永磁同步电动机PM SM I钩数学模型，分析了PM SM的矢量控制原理，对PM SM矢量控制系统。
进行了分析和仿真，实验结果证明PM SM矢量控制系统具有优良的动、静态性能。
关键词：PM SM；数学模型；矢量控制R es ear ch of V ect or C ont r ol Sys t em f or PM SMX i d Y anl an(N anj i ng I nst i t ut e of l ndust ry and Technol ogy,N anj i ng210046)A bs t r act A cc or di ng t o t he m at hem at i cal m ode l of PM SM，t he paper i nt r oduces t he pri nc i pl e ofvec t o r C ont r ol f or PM SM，anal yzes and s i m ul at es t he vect or c ont r ol s ys t em of PM SM．The exper i m entr e sul t s s how t he c ont r ol s ys t em of P M SM can achi eve go od dyna m i c and st a t i c per f orm ances．K ey w or ds：per m anent m a gne t s yn chr ono us m ot or；m at he m at i c al m odel；vec t or c ont r oll引言永磁直流无刷电动机因体积小、性能好、结构简单、调节控制方便、调速范围广、动态响应快等特点而得到了越来越广泛的应用，尤其应用在智能机器人、航空航天、精密电子仪器与设备等对电机性能、控制精度要求比较高的领域和场合。
PMSM同步电动机矢量控制
矢量控制能够实现对电机的精确控制，具有较高的动态性能和稳态精度。同时， 矢量控制能够有效地抑制转矩波动，减小转矩脉动。
局限性
矢量控制需要精确的电机参数和准确的传感器测量，增加了系统的复杂性和成 本。此外，矢量控制对于电机参数的变化较为敏感，参数变化可能导致控制性 能下降。
03
PMSM同步电动机的矢 量控制策略
数据处理
对采集到的数据进行滤波、去噪、 归一化等处理，提取有用的信息 进行分析。
数据分析
利用分析软件对处理后的数据进 行分析，研究矢量控制策略对 PMSM同步电动机性能的影响。
实验结果与结论
结果展示
通过图表、曲线等形式展示实验结果， 直观地反映矢量控制策略对PMSM同 步电动机性能的影响。
结论总结
基于直接转矩控制的矢量控制策略
总结词
基于直接转矩控制的矢量控制策略是一种先进的控制方法，通过直接控制电机的输出转 矩和磁通来实现对PMSM同步电动机的高性能控制。
详细描述
基于直接转矩控制的矢量控制策略采用离散的时间采样方法，通过检测电机的输出转矩 和磁通状态，直接调节电机的输入电压或电流，实现对电机输出转矩和磁通的快速、精 确控制。这种控制方法具有响应速度快、动态性能好等优点，适用于高性能的伺服系统
基于磁场定向的矢量控制策略
总结词
基于磁场定向的矢量控制策略是PMSM同步电动机中最常用的控制策略之一，通过控制励磁和转矩电流分量，实 现对电机磁场的解耦控制。
详细描述
基于磁场定向的矢量控制策略通过将PMSM的电流分解为与磁场方向正交的励磁电流和与磁场方向一致的转矩电 流，实现了对电机磁场的完全解耦控制。通过调节励磁和转矩电流分量，可以独立地控制电机的磁通和转矩，从 而实现高性能的调速控制。
基于电流反馈解耦的永磁同步电机矢量控制研究
基于电流反馈解耦的永磁同步电机矢量控制研究一、引言永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）由于其高效率、高功率密度和良好的动态性能，被广泛应用于工业和交通领域。
在PMSM控制中，矢量控制是一种常用的控制技术，其通过控制电机的电流和转子位置以实现精确的控制。
然而，PMSM控制中的交叉耦合和电流传感器的非线性等问题，限制了控制系统的性能和精度。
本文旨在通过基于电流反馈解耦的方法，对PMSM的矢量控制进行深入研究和探讨。
二、矢量控制原理1.矢量控制概述矢量控制是一种基于转子参考帧的控制方法，通过将PMSM电流和电压转换到dq坐标系下，以实现无触点的控制。
矢量控制可分为直接矢量控制和间接矢量控制两种方法。
2.直接矢量控制（Direct Vector Control）直接矢量控制是一种通过控制定子电流和转子磁链矢量，实现PMSM转矩和磁通的无触点控制方法。
直接矢量控制包含以下步骤：•dq坐标变换•转子磁链估算•转子磁链方向控制•定子电流控制3.间接矢量控制（Indirect Vector Control）间接矢量控制是一种通过控制PMSM的电压，以实现转子位置和速度的闭环控制方法。
间接矢量控制包含以下步骤：•dq坐标变换•转子位置估算•位置反馈环•转子位置和速度控制三、电流反馈解耦技术在传统的矢量控制中，由于PMSM的定子电流是交叉耦合的，即dq轴之间存在相互影响，会导致系统的性能下降。
因此，电流反馈解耦技术可以用来提高系统的响应速度和稳定性。
电流反馈解耦技术主要包括以下几个方面的内容：1.dq电流反馈解耦通过采用dq坐标系下的控制方法，可以实现定子电流之间的解耦。
2.PI控制器的设计利用PI控制器对dq电流进行控制，实现定子电流的精确控制。
3.动态参考电流生成通过动态参考电流生成技术，可以提高系统的动态响应和稳定性。
4.静态参考电流生成通过静态参考电流生成技术，可以提高系统的静态精度和稳定性。
基于MATLAB永磁同步电动机矢量控制系统的仿真研究
基于MATLAB永磁同步电动机矢量控制系统的仿真研究近年来，永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）作为一种高效率、高功率密度和高控制精度的电机，被广泛应用于工业和汽车领域。
针对永磁同步电动机的控制问题，矢量控制（Vector Control）成为了一种重要的控制策略。
本文将使用MATLAB对永磁同步电动机矢量控制系统进行仿真研究。
首先，我们需要建立永磁同步电动机的动态模型。
永磁同步电动机是一种非线性多变量系统，其数学模型可以描述为：\begin{cases}\frac{{d\theta}}{{dt}} = \Omega_m \\\frac{{d\Omega_m}}{{dt}} = \frac{1}{{J}}(T_{em} - T_{L}) \\ \frac{{di_q}}{{dt}} = \frac{1}{{L_q}}(v_q - R_s i_q -\Omega_m L_d i_d + e_f) \\\frac{{di_d}}{{dt}} = \frac{1}{{L_d}}(v_d - R_s i_d +\Omega_m L_q i_q)\end{cases}\]其中，$\theta$为转子位置，$\Omega_m$为电机机械角速度，$T_{em}$为电磁转矩，$T_{L}$为负载转矩，$i_q$和$i_d$为电流的直轴和正交轴分量，$v_q$和$v_d$为电压的直轴和正交轴分量，$R_s$为电机电阻，$L_q$和$L_d$为电机的定子轴和直轴电感，$e_f$为反电势。
接下来，我们可以使用MATLAB建立永磁同步电动机的矢量控制系统。
首先，我们需要设计控制器，其中包括速度环控制器和电流环控制器。
速度环控制器用于调节电机的机械角速度，电流环控制器用于控制电机的电流。
在速度环控制器中，我们可以选择PID控制器，其输入为速度误差，输出为电机的电压指令。
《永磁同步电机伺服控制系统的研究》范文
《永磁同步电机伺服控制系统的研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，对于精确、快速和可靠的驱动控制系统需求日益增加。
其中，永磁同步电机（PMSM）伺服控制系统因其高效率、高精度和高动态响应等优点，在机器人、数控机床、航空航天等领域得到了广泛应用。
本文旨在研究永磁同步电机伺服控制系统的相关技术及其应用。
二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机（PMSM）是一种利用永磁体产生磁场并由电机电流进行励磁控制的电机。
其工作原理是：当电机通电时，定子中的电流产生磁场，与转子上的永磁体相互作用，产生力矩，驱动电机转动。
PMSM具有高效率、高功率密度和良好的控制性能等特点。
三、伺服控制系统设计伺服控制系统是PMSM的核心部分，主要包括电流环、速度环和位置环三部分。
在伺服控制系统中，需要采用先进的控制策略和算法，以实现对电机的高精度控制。
（一）电流环设计电流环是伺服控制系统的内环，负责控制电机的电流。
为了实现高精度的电流控制，需要采用数字PID控制器等先进控制策略。
此外，还需要考虑电机的参数变化和外部干扰等因素对电流环的影响。
（二）速度环设计速度环是伺服控制系统的中环，负责控制电机的速度。
为了实现快速、平稳的速度控制，需要采用矢量控制等先进的控制策略。
此外，还需要考虑电机的负载变化和机械系统的动态特性等因素对速度环的影响。
（三）位置环设计位置环是伺服控制系统的外环，负责控制电机的位置。
为了实现高精度的位置控制，需要采用先进的算法和传感器技术。
同时，还需要考虑机械系统的非线性因素和外部干扰等因素对位置环的影响。
四、先进控制策略研究为了进一步提高伺服控制系统的性能，需要研究先进的控制策略和算法。
其中包括：无差拍控制、滑模变结构控制、神经网络控制和模糊控制等。
这些先进的控制策略可以有效地提高系统的动态性能、鲁棒性和适应性。
五、应用研究永磁同步电机伺服控制系统在机器人、数控机床、航空航天等领域有着广泛的应用。
其中，在机器人领域，PMSM伺服控制系统可以实现高精度的位置控制和速度控制，提高机器人的工作效率和精度；在数控机床领域，PMSM伺服控制系统可以实现高精度的加工和定位，提高产品的加工精度和质量；在航空航天领域，PMSM伺服控制系统可以实现高精度的姿态控制和轨迹跟踪等任务。
基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究
基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究一、本文概述随着科技的快速发展和工业领域的日益进步，永磁同步电机（PMSM）因其高效率、高功率密度以及良好的调速性能，在工业自动化、电动汽车、航空航天等领域得到了广泛应用。
永磁同步电机的控制策略复杂，需要精准的控制算法以实现其性能优化。
在此背景下，基于数字信号处理器（DSP）的永磁同步电机矢量控制系统成为了研究的热点。
本文旨在探讨基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的设计与实现。
文章将介绍永磁同步电机的基本原理和控制策略，为后续研究提供理论基础。
将详细阐述基于DSP的矢量控制系统的硬件和软件设计，包括DSP的选择、外围电路设计、控制算法的实现等。
文章还将探讨矢量控制算法的优化，以提高永磁同步电机的运行效率和稳定性。
通过本文的研究，期望能够为永磁同步电机矢量控制系统的设计与实践提供有益的参考，推动永磁同步电机在实际应用中的性能提升，为工业领域的发展做出贡献。
二、永磁同步电机的基本理论永磁同步电机（PMSM）是一种利用永磁体产生磁场的同步电机。
与传统的电励磁同步电机相比，PMSM省去了励磁线圈和相应的励磁电源，因此结构更为简单，效率更高。
PMSM的理论基础主要涉及电机学、电磁场理论和控制理论。
在电机学方面，PMSM的运行原理基于电磁感应定律和电磁力定律。
电机通过定子电流与转子永磁体产生的磁场相互作用，实现电能与机械能的转换。
定子的三相电流在电机气隙中产生旋转磁场，该磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，从而产生转矩，驱动电机旋转。
在电磁场理论方面，PMSM的设计和优化需要考虑电磁场分布、绕组设计、磁路设计等因素。
通过合理的电磁设计，可以提高电机的效率、降低损耗、提高转矩密度和动态性能。
控制理论在PMSM的运行中起着至关重要的作用。
矢量控制（也称为场向量控制）是一种先进的控制策略，它通过独立控制电机的磁通和转矩，实现了对PMSM的高性能控制。
矢量控制将定子电流分解为励磁分量和转矩分量，通过调节这两个分量的大小和相位，可以实现对电机转速、转矩和功率的精确控制。
基于Matlab的永磁同步电机矢量控制系统仿真研究
基于Matlab的永磁同步电机矢量控制系统仿真研究一、本文概述随着电机控制技术的快速发展，永磁同步电机（PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的调速性能，在众多工业领域得到了广泛应用。
为了充分发挥永磁同步电机的性能优势，需要对其进行精确的控制。
矢量控制作为一种先进的电机控制策略，能够实现对电机转矩和磁链的独立控制，从而提高电机的动态和稳态性能。
对基于Matlab的永磁同步电机矢量控制系统进行仿真研究，对于深入理解电机控制原理、优化控制系统设计以及推动电机控制技术的发展具有重要意义。
本文旨在通过Matlab仿真平台，构建永磁同步电机的矢量控制系统模型，并对其进行仿真分析。
文章将介绍永磁同步电机的基本结构和工作原理，为后续的控制系统设计奠定基础。
接着，将详细阐述矢量控制的基本原理和实现方法，包括坐标变换、空间矢量脉宽调制（SVPWM）等关键技术。
在此基础上，文章将构建基于Matlab的永磁同步电机矢量控制系统仿真模型，并对其进行仿真实验。
通过对仿真结果的分析，文章将评估矢量控制策略在永磁同步电机控制中的应用效果，并探讨可能的优化措施。
二、永磁同步电机的基本原理和特性永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种利用永久磁铁作为转子励磁源的同步电机。
其工作原理主要基于电磁感应定律和电磁力定律，结合现代电力电子技术和先进的控制理论，实现了对电机的高性能控制。
永磁同步电机的核心构造包括定子绕组和永磁体转子两大部分。
定子绕组与交流电源相连，通入三相对称电流后会产生旋转磁场，类似于异步电机中的定子磁场。
不同于异步电机的是，PMSM的转子上镶嵌有高性能稀土永磁材料，这些永磁体在电机运行时不需外部电源励磁，即可产生恒定的磁场。
当定子旋转磁场与转子永磁磁场相互作用时，便会在电机内部形成一个合成磁场，从而驱动转子跟随定子磁场同步旋转。
高效节能：由于取消了传统同步电机所需的励磁绕组和励磁电源，永磁电机减少了励磁损耗，效率通常能达到90以上，尤其在宽负载范围内保持较高的效率水平。
永磁同步电机的矢量控制系统
永磁同步电机的矢量控制系统永磁同步电机的矢量控制系统永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）是一种在工业领域广泛使用的电机。
由于其出色的动态响应和高效率，它已经成为众多应用中的首选。
然而，PMSM的控制却是一个复杂的问题，需要一种高级的控制策略来实现其最佳性能。
矢量控制系统（Vector Control System）正是为了满足这一需求而被引入。
矢量控制是一种基于数学模型的控制方法，旨在使电机的转矩、速度和位置具有优异的性能。
从根本上讲，矢量控制系统通过将电机的状态表示为一个矢量来处理电机运行。
这个矢量通常包括转矩矢量和磁通矢量，用于描述电机的转速和磁场方向。
在矢量控制系统中，电机的数学模型是基础。
它以电机的转子位置和转子与定子磁场之间的相对位置作为输入，输出电机的状态，如转矩、速度和位置。
其中，转子位置传感器是矢量控制系统的重要组成部分，用于获取电机转子的精确位置信息。
虽然有一些技术可以在缺少转子位置传感器的情况下实现矢量控制，但它们通常会导致系统性能的降低。
矢量控制系统的核心是控制算法。
在运行过程中，控制算法会根据电机的输入和输出状态进行计算，并输出控制信号来调节电机的运行。
其中，最常用的控制算法是电流环和转速环。
电流环用于控制电机的输出电流，确保电机的电流与期望电流保持一致。
转速环用于控制电机的转速，通过调整输出信号以匹配期望转速。
在矢量控制系统中，控制算法还包括一个磁通定向控制器。
磁通定向控制器的目标是使电机的磁通矢量始终与旋转磁场保持一致。
为了实现这一目标，磁通定向控制器需要获取电机的转子位置信息，并根据该信息来调整电机的输出电流。
通过将电机的磁通矢量与旋转磁场保持一致，磁通定向控制器可以实现电机的精确控制，并提供最佳的动态响应和高效率。
除了控制算法，矢量控制系统还包括一些辅助模块，如速度和位置估算器。
速度估算器用于估算电机的转速，通过处理电机的反馈信号和控制信号来计算转速。
永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统研究
速度 ， 取代 传感 器 以实 现 电机 的闭环控 制 。许 多 学者 将现代 控 制理论 、 线性 控制 理论 和一 些 其它 领 域 的 非 研 究成 果应 用 到永 磁 同步 电机无 速度 传感 器控 制 中 ，
提 出了许 多可行 的方法 ｌ１ 】。 一 高 频 信 号注 入 法 是 在 电机 定 子 出线 端 注 入 一 个
ｏ ｙ ｔｍ ｉ ｃ ｒｉ ｏ ｔ ｆ ｓ ｓｅ ｓ ａ ｒｅｄ ｕ ．
Ｋ ｙ ｗ ｒ ｓ ｐ ｒ ａ ｅ ｔ ａ ｎ ｔ ｙ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ；ｐ ｅ ｅ ｓｒ ｓ ；ｅ ｔ ｏ ｔ ｌ ｉ ｅ ｕ ｎ ｙ ｉ ｅｔ ｎ ｅ ｏ ｄ ： ｅｍ ｎ ｎ ｇ ｅ ｓｎ ｈ ｏ ｕ ｏ ｓ ｅ ｄｓｎ ｏｌ ｓｖ ｃ ｒ ｎｒ ； ｇ ｆ ｑ ｅ ｃ ｊｃ ｏ ｍ ｎ ｍｏ ｒ ｅ ｏ ｃ ｏ ｈ ｈｒ ｎ ｉ
第 ２ ０卷
第 ４ 期
天
津
工
程 师
范
学
院
学 报
Ｖ １ ０ Ｎｏ４ ｏ． ２ ．
Ｄｅ ２ ０ ｃ． ０１
２１ ０ ０年 １ ２月
Ｊ ＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｔ Ａ Ｉ Ｕ ＶＥＲ ＩＹ ＯＦ Ｔ ＨＮＯＬ ＧＹ ＮＤ ＥＤＵ Ｔ ＯＮ Ｏ Ｉ ＮＪＮ ＮＩ ＳＴ ＥＣ Ｏ Ａ ＣＡ Ｉ
速度 的估算 更加准 确 。为 了验证 改进算 法 的正确性 与 可 行性 ， Ｍａ ａ ６ ／ｉ ｕｉｋ平 台上搭 建 了控制 系统 在 ｔ ｂ ． Ｓｍ ｌ ｌ ５ ｎ
额 外 的三 相高频 电压 （ 电流 ） 励信 号 ， 或 激 通过 检测 对 应 的高 频 电流 （ 电压 ） 或 响应 来 跟踪 转 子 磁 凸极 的位 置 ， 而获取转 子位 置与速度 的信 息。因此 ， 信号 从 高频
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u d = u′d + ωL qiq ( P I) + Ri d ( P I)
uq = u′q - ωL di d ( P I) + Riq ( P I)
(8)
其中 , i d ( PI) 和 iq ( PI) 为 d 、q 轴 PI 调节器输
出.
可以发现 ,采用这种交叉耦合项时 ,无论电机
的转速高低和电机参数的大小 , 都可以通过计算
磁同步电机具有和传统直流电机相同的运行性
能.
在式 (3) 中 ,如忽略电阻分压时
ud = ωL qiq
uq = - ωL di d - ωΨ
(6)
这样 ,通过控制 d 轴电压就能直接控制 d 轴
电流 ;通过控制 q 轴电压就能直接控制 q 轴电流.
但是 ,式 (6) 的前提是电机电阻参数 R 很小或电 机转速ω较大 ,即电阻分压占 d 、q 轴电压的比例
永磁同步电机矢量控制系统研究
王 正 , 常 浩
(沈阳工业大学 电气工程学院 , 沈阳 110023)
摘 要 : 无论电机的转速高低和电机参数的大小 ,都可以通过计算交叉项得到准确的 d 、q 轴电压 给定值 ,从而准确地控制 d 、q 轴电流 ,提高 d 、q 轴电压控制精度. 为此 ,根据永磁同步电机转子磁 场定向的矢量控制理论 ,在分析传统控制方法存在问题的基础上 , 提出了一种在 d 、q 轴电压控制 方程式中引入交叉耦合项的改进的矢量控制方法 ,使控制系统在较宽的速度范围内能满足较高的 速度控制精度要求 ,使永磁同步电机伺服系统可实现准确的位置 、速度及转矩控制. 利用所提出的 控制方法 ,进行系统仿真研究 ,表明了所提出的控制策略的有效性. 关 键 词 : 永磁同步电机 ; 矢量控制 ; 转子磁场定向 ; 数学模型 ; 旋转坐标 中图分类号 : TM 35 文献标识码 : A
组成 ,可实现对永磁同步电机的位置控制、速度控
制和转矩控制. 其中 ,位置环 PI 调节器的输出即为
转速的给定 ω3 ,而速度环 PI 调节器的输出即为转
矩的给定
Te3m.
控制
i
3 d
= 0 ,则可由式 (5) 得到转矩
电流的给定
i
3 q
. 由式 (1)
将三相电流通过三相到两
相的电流坐标变换得到 d 、q 轴电流 id 和 iq. 由式
Key words : permanent magnet synchronous motor ; vector cont rol ; rotor field orientation ; mat hematical model ; rotary coordinate
传统直流电动机由于具有良好的机械特性和 简单的控制方式 ,在伺服控制领域曾得到广泛的 应用. 但是 ,机械换向器和电刷的存在 ,使得其可 靠性和适用性大大降低. 永磁同步电机作为一种 新型的电机 ,由于没有电刷和换相器 ,因而提高了 运行可靠性. 而且它还具有结构简单 、体积小 、损 耗小 、效率高等优点[1 - 5 ] . 但是 ,要充分发挥永磁 同步电机这些优点 ,就必须寻求合适的控制方式.
收稿日期 : 2005 - 12 - 20. 作者简介 : 王 正 (1962 - ) ,男 ,辽宁海城人 ,副教授 ,博士 ,主要从事电力电子与电力传动等方面的研究.
308
沈 阳 工 业 大 学 学 报
第 29 卷
精度速度控制要求.
1 转子磁场定向的矢量控制方式
转子磁场定向的矢量控制基本思想是在沿转 子磁场定向的同步坐标系上 , 将定子电流矢量分 解为磁场电流 i d 和转矩电流 iq , 对其分别独立地 进行控制 ,则这种控制最终归结为对永磁同步电 机定子电流的控制.
将定子电枢上的 A 、B 、C 三相电流转换为 d 、 q 坐标系下的两相电流 , 其中 θ为同步旋转坐标 系中 d 轴与定子 A 相的夹角[8 ] :
id iq = 0
cosθ
cos (θ-
2π) 3
2 3
sinθ
sin (θ-
2π) 3
1
1
2
2
iA
cos (θ+
2π) 3
其中 , p 为电机的极对数. 由式 (4) 可知 , 如
果控制 i d = 0 ,则永磁同步电机的转矩方程式为
Tem = - piqΨ
(5)
上式表明 ,如果控制 i d = 0 ,则转矩 Tem 只与
转矩电流 iq 有关[9 - 10 ] . 采用这种对磁场电流和转
矩电流进行解耦控制的矢量控制方式 , 可以使永
Research on vector control system of permanent magnet synchronous motor
WAN G Zheng , CHAN G Hao
(School of Electric Engineering , Shenyang University of Technology , Shenyang 110023 , China)
u d = ωL qiq + Ri d
uq = - ωL di d - ωΨ + Riq
(3)
式中 :ω———电机旋转的电角速度 ,正方向定义为
A 超前于 B 再超前于 C 的方向 ; Ψ ———电机永磁体磁链 ; 而公式中的电流
方向都满足正电流产生正磁链的方
向. 电机的转矩方程式为
Tem = - p [ i diq ( L d - L q) + iqΨ] (4)
交叉项得到准确的 d 、q 轴电压给定值 , 从而准确
地控制 d 、q 轴电流. 这样 , 采用具有交叉耦合项
的改进的矢量控制方法就能对参数差别较大 、速
度控制范围较宽的永磁同步电机伺服系统实现准
确的位置 、速度及转矩控制.
以此分析为基础 ,可建立如图 3 所示的永磁同
步电机伺服控制系统. 此控制系统由三个控制环节
很小. 但是实际的永磁同步电机伺服控制系统要
求对不同参数的永磁同步电机在较宽的速度范围
内进行控制 ,电阻分压占 d 、q 轴电压的比例是随 着电机转速的变化和被控电机参数的不同而变化
的 ,这样就不能简单地忽略电阻分压 ,因此采用式 (6) 的控制方式不合理. 对不同参数的永磁同步 电机在较宽的速度范围内 , 如要提高速度控制精 度 ,则必须寻求新的控制方法.
转子磁场定向的矢量控制方式是针对此类电 机使用较为广泛的一种控制方式. 其基本原理是 通过坐标变换 , 在转子磁场定向的同步坐标系上 对电机的磁场电流和转矩电流进行解耦控制 , 使
其具有和传统直流电动机相同的运行性能[5 ] . 但 在一般情况下 ,无法通过控制 q 轴电压直接控制 q 轴电 流 、通 过 控 制 d 轴 电 压 直 接 控 制 d 轴 电 流[6 - 7 ] . 且当电机的调速范围很宽时 , 电阻 、电抗 参数对 d 、q 轴电流的控制产生较大误差 , 从而影 响控制精度和动态响应速度. 本文针对该问题 ,以 转子磁场定向的矢量控制理论为基础 , 提出了一 种新的改进矢量控制方式 , 即在两个电流环的输 出到给定的 d 、q 轴电压之间引入了考虑电阻分 压电势和旋转电势的交叉耦合项 , 使控制系统可 按照 d 、q 轴的电流给定准确控制 d 、q 轴电压 ,从 而满足对不同参数电机在较宽的速度范围内的高
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图 2 交叉耦合项的电流环 Fig. 2 Current2loop wit h cross2coupling terms
其中
,
i
3 d
和
i
3 q
分别为
d
轴和
q 轴电流给定 ;
ωL q 和 - ωL d 为交叉耦合项 ; ud 和 uq 为 d 、q 轴的
电压给定.
由图 2 所示 , d 、q 轴的电压给定由三部分组
耦合项 ,最后部分 , 将 d 、q 轴的 PI 调节器输出和
电阻 R 的乘积分别作为 d 、q 轴电压的第三部分
并与上述两部分相加. 这样 , 对于电阻参数不同的
各类永磁同步电机及不同的运行速度 ,均可根据电