如何控制永磁同步电机

一 控制方式 二 SVPWM产生原理 三 转子初始化定位
三 转子初始化定位
转子初始位置信息是电动机正常起动运行的前提， 也是控制算法正确实施的必要条件。若转子初始 位置检测失误，会严重影响到以后对转子位置的 计算，以致无法正确完成关于电机控制的其他一 系列算法，将造成电机运转的紊乱并使之无法进 入正常的运转状态。通常采取的方法有:
永磁同步电机控制系统
黎永华 05.11
一 控制方式 二 SVPWM产生原理 三 转子初始化定位
一 控制方式
它控式
由其它装置带动电机转动
自控式
由自身控制电机转动。永磁同步电机同步就是 指电流频率和转速是同步的，自控式就是控制电 流频率来实现控制转速。通常采取矢量控制
矢量控制原理图
坐标变换图
第二步：计算两个相邻基本空间电压矢量的导通 时间
确定扇区后，就能够确定相邻两个基本空间电
U 压矢量 U X 和 U X 60 ， 以0扇区， 0和 U 60

为基本空间矢量为例说明，如下图所示。
第三步：计算三个比较器的占空比
根据各相位置，分配三个比较器的占空比，如下表所 示。
最后，将taon、tbon、tcon送入DSP的比较寄 存器，由DSP的硬件电路输出六路PWM脉冲给电 机驱动板驱动电机运转。
，电机不转，

iq
is
e
0
id

当给电机定子通如图所示的is电流矢量时
id is cos( e ) iq is sin( e )
电磁转矩方程为： Te 1.5 pis sin( e )
于是通过转子的转动方向可以得出转子的初始位置信息
1.磁定位法原理
(1)磁定位法即强制启动使转子转到一个已 知位置; (2)静止时通过特定的算法估算转子位置。
永磁同步电机转矩方程
Te 1.5 p[ iq ( Ld Lq )id iq ]
对于表面式PMSM， L Lq
d
于是电磁转矩方程为：
Te 0
。
Te 1.5 p iq
Te 0 ，电机逆时针转动；当Te 0 ，电机顺时针转动；
电压空间矢量六边形矢量图
由上图可以算出
SVPWM的软件实现
SVPWM产生的软件流程方框图
第一步：根据 U 和U 确定电压空间矢量的相位 置，即其所在的扇区。
模块输入d_q坐标系中d轴电压分量值Ud和q 轴电压分量Uq，经过反PARK变换，转换为 坐标系中， 轴电压分量U 和 轴电压分量U ，输入 SVGEN_DQ模块。在此模块中，首先 通过计算参考电压矢量在A_B_C定子坐标系下 的投影Ua、Ub、Uc，然后投影值与0比较，确 定扇区。
检测转子初始位置（即 ）步骤如下： 3
2 3
d
1
3.5
is
d
N
1
3
4
N

S
2
4
e
S
0
q
5
q
3
7 6
3.75 3.5
d
4
N
第一步 确定一个45°范围
S
q
第二步 摄动定位过程
100°的定位摄动过程 分别给定子施加了2.5、2.25、2.125、2.1875、2.21875这几个角度 值的电流矢量
第一步，可以确定在一个15度范围内
第二步
第三步
3.通过电感饱和特性实现定位
永磁同步电机在各个方向上磁路的饱和程度是不一样的，各个方向的 磁导率是不一样的，磁场存在非线性。因此对应于转子的不同方向， 定子铁心的等效电感值还是有些差别。 因此我们给电机施加不同方向的相同幅值的一系列相同时间的电压脉 冲，脉冲结束时的定子电流合成矢量值的大小会不同，与定子电流合 成矢量的方向有关，得到的电流最大的方向就是转子磁极N极的方向。 因为当定子磁动势合成矢量与转子磁极N极一致时，磁路最饱和，磁 导率最小对应的电感值最小，电流上升最快，定子绕组中顺磁方向的 电流要比逆磁方向的绝对值大，当所施加的电压方向和转子N极一致 时，定子绕组中的电流合成矢量值最大，故通过这种方法可以检测转 子的初始位置，检测的次数越多位置越精确。




q

is
d
d

N
e 90
O S
N

N O
e
A
S
A
is
A
S
q
a 转子在任意初始位置
b 给定子通is电流矢量后
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c dq坐标系旋转后
磁定位法即是给定子通 e 90 的电流矢量，从而使a轴、d轴、
轴重合，实现转子的初始化定位。
2.基于磁定位原理的摄动定位
abc三相定子电流，经过claeke变换为 坐标系，在经过park变换为dq坐标
Clarke变换与逆变换
Park变换与逆变换
一 控制方式 二 SVPWM产生原理 三 转子初始化定位
二 SVPWM产生原理
SVPWM是通过三相交流逆变桥的6个开关的不同 导通模式产生不同的电压基本矢量，通过矢量合 成，来合成任意矢量（在实际允许范围内），通 过导通时间的不同大小，来确定矢量的大小，这 也就是SVPWM调制的原理。
磁定位法可以精确实现转子的初始定位，但可能造成转子较大幅度的 转动，这在有些机械设备上是不容许的。
基于磁定位原理的摄动定位方法：给定子通以 id 0 iq is 方向为 e 的电流矢量，电动机在上述电流矢量的作用之下开始旋转，通过编码 器脉冲信号可得到电机的转动方向，一旦检测到编码器脉冲数有变化， 便立即封锁PWM输出，转子的位置改变很小，而根据电机转向和给 定的电流矢量就可以大致确定电机转子的位置。接着改变电流矢量方 e 向 ，使给定的电流矢量更接近电机转子的磁极，再检测电机的转 向，通过转向来实现对转子初始位置的定位。