第3章永磁同步电机伺服控制系统
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。
正弦波永磁同步电动机
b）绕组星形连接的桥式电路
c）绕组角形连接的桥式电路
图3-6 三相无刷直流电动机绕组连接方式
21
3.2.1 无刷直流电动机的运行原理
对于角形连接，当感应电动势不平衡时闭合绕 组回路中会产生环流，因此在无刷直流电动机中 较少采用。半桥连接由于绕组利用率较低，一般 仅用于对成本敏感的小功率场合，广泛应用的是 星形全桥接法。
无刷直流电动机的定子绕组可以采用星形连接，也可以 采用角形（或称封闭形）连接。当绕组为星形连接时，其 逆变器可以采用桥式电路，也可以采用半桥电路；当绕组 为角形连接时，逆变器只能采用桥式电路。以三相无刷直 流电动机为例，三种连接方式如图3-6所示。
20
3.2.1 无刷直流电动机的运行原理
a)半桥电路
第3章 无刷永磁伺服电动机
3.1 概述
3.2 无刷直流电动机
3.3 正弦波永磁同步电动机及其矢量控制伺服
驱动系统
3.4 无刷永磁伺服电动机与三相感应伺服电动
机的比较
1
3.1 概述
3.1.1 无刷永磁伺服电动机的基本结构
3.1.2 无刷永磁电动机伺服系统的组成
3.1.3 无刷永磁伺服电动机的分类
2
3.1.1 无刷永磁伺服电动机的基本结构
7
3.1.1 无刷永磁伺服电动机的基本结构
嵌入式和内置式的特点：交、直轴磁路磁阻是不相等的。 内置式转子的交、直轴磁路如图3-4所示。直轴磁路磁阻大 于交轴磁路磁阻，因此内置式和嵌入式转子结构的无刷永 磁伺服电动机属于凸极同步电动机。 注意：电励磁凸极同步 电动机中直轴磁路磁阻小 于交轴磁路，因此直轴同 步电抗Xd（电感Ld）大于 交轴同步电抗Xq（电感 Lq），而永磁同步电动机 中正好相反，其交、直轴 绕组电感的关系是LqLd。
永磁同步伺服电机工作原理
永磁同步伺服电机工作原理哎，说起永磁同步伺服电机这东西·，它可真是个科技界的小能手，不光名字听起来高大上，干起活来那也是一把好手，咱们得好好聊聊它的工作原理，用咱们老百姓的话，让这高科技的东西也接地气儿。
想象一下，你手里拿着一把超强力磁铁，对，就是那种小时候玩磁铁，能吸住一大堆铁钉的那种。
这永磁同步伺服电机啊，它就像是把这磁铁的力量，巧妙地封装进了一个小盒子里，还给它配了个超级精准的“大脑”，让它能按照你的指令，灵活地转动起来。
这电机的心脏，就是那块永磁体，它就像是个永不疲倦的舞者，始终保持着自己的磁性，不用电来加热或者冷却，就能稳稳当当地站在舞台中央，吸引着周围的“观众”——也就是电机里的电流。
这电流啊，可不是随便乱跑的，它得按照永磁体的指挥，排好队，绕着永磁体转圈圈，就像是一群小精灵，在跳着有规律的舞蹈。
但光跳舞可不够，咱们还得让这电机干点实事儿。
这时候，就得请出电机的“大脑”——控制器了。
这控制器啊，聪明着呢，它能读懂你的心思，知道你想让电机往哪转、转多快。
它就像是个指挥官，通过调整电流的大小和方向，来告诉电机里的小精灵们怎么跳舞。
说起来，这永磁同步伺服电机的效率啊，真是高得吓人。
它不像那些老式的电机，转起来嗡嗡响，还费电。
它就像是个轻功高手，轻轻一蹬腿，就能飞出去老远，而且动作还特别流畅，几乎听不到什么声音。
这主要得益于它那精准的“大脑”和永磁体的强大吸引力，让能量在转换过程中几乎没有浪费。
更神奇的是，这电机还能根据负载的变化，自动调整自己的输出。
就像是个聪明的孩子，知道什么时候该用力，什么时候该放松。
这样一来，不管你是用它来驱动机器人的手臂、还是控制机床的精度，它都能游刃有余地应对。
总而言之啊，永磁同步伺服电机这家伙，真是个既聪明又能干的好帮手。
它用自己独特的工作原理，为我们带来了更高效、更精准的动力支持。
在未来的日子里啊，我相信它还会在更多的领域里大显身手，成为我们生活中不可或缺的一部分。
永磁交流同步伺服电动机速度控制系统工作流程
永磁交流同步伺服电动机速度控制系统工作流程
1. 设置目标速度：用户设置所需的电动机速度。
2. 速度传感器提供反馈信号：速度传感器检测电机的实际转速并将反馈信号发送到控制器。
3. 控制器处理反馈信号：控制器接收反馈信号并将其与用户设定的目标速度进行比较，以确定电动机是否需要加速或减速。
4. 调节输出信号：控制器根据反馈信号和目标速度确定输出信号，控制电动机的转速。
5. 输出信号给电动机：控制器将输出信号发送到电动机，控制其转速。
6. 建立电流平衡：控制器根据电动机的负载特性，通过调整输出电流来控制电动机转速，并建立电流平衡。
7. 实时监控：控制器实时监控电动机的运行状态，以确保电机能够稳定运行。
8. 调整电机转速：控制器根据反馈信号和负载变化，实时调整电机转速，以保持稳定的转速和负载平衡。
9. 维护：维护人员定期对系统进行检查和维护，以确保系统正常运行。
永磁同步电机伺服控制系统
1 永磁同步电机伺服控制系统的构成
基本部分： 永磁同步电机； 电压型PWM逆变器； 电流传感器； 磁极位置传感器； 电流控制器。
如果需要进行速度和位置控制，还需要速 度传感器、速度控制器、位置传感器以及位置 控制器。
永磁同步电机伺服控制系统
永磁同步电机伺服控制系统构成如图1 所示：
图6 永磁同步电机的常用转子结构
永磁同步电机伺服控制系统
(a) 直轴电枢反应磁通路径 (b) 交轴电枢反应磁通路径
图7 交、直轴电枢反应磁通路径
永磁同步电机伺服控制系统
对于图6（k）所示结构，通过采用多层 倒圆弧形永磁体来增大磁阻转矩，永磁体的抗 去磁能力强，气隙磁密高，且波形更接近正弦 形。
表面永磁体结构的优点：转子直径小，转 动惯量低；等效气隙大、定位转矩小、绕组电 感低，有利于电机动态性能的改善；这种转子 结构电机的电枢反应小、转矩电流特性的线性 度高，控制简单、精度高。因此，一般永磁交 流伺服电机多采用这种转子结构。
永磁同步电机伺服控制系统
增加绕组的分布系数，使电动势波形的 正弦性得到改善；
可以得到线圈节距为 1 的集中式绕组设 计，线圈绕在一个齿上，缩短了线圈周 长和端部伸出长度，减少了用铜量；线 圈端部没有重叠，可不放置相间绝缘；
可能用专用绕线机 ，直接将线圈绕在齿 上，取代传统嵌线工艺，提高了劳动生 产率，降低了成本；减小了定子轭部厚 度，提高了电机的功率密度；
电机绕组电阻减小 ，铜耗降低，进而提 高机效率和降低温升；
降低了定位转矩，利于减小振动和噪声。
永磁同步电机伺服控制系统
如图4为具有分数槽绕组的电机定子。
图4 具有分数槽绕组的电机定子
永磁同步电机伺服控制系统
第三章 同步电动机的变频调速控制
30年代
铝镍钴、铁氧体
差
易去磁
1
2 3
90年代 60年代 后期
铁氧体 稀土永磁： SmC05
3.6~4.0 24 33 38~40
价格低 （稀土的1/10） 热稳定性好 不怕去磁 钴含量高、价格高
70年代 初期
第三代
稀土永磁： SmC017 稀土永磁： 钕铁硼 Nd-Fe-B
我国储量世界第一， 温度可达200℃？
图示位置是转子磁极轴线 从某相绕组轴线转过30°的位 置，在此瞬间触发该相晶闸管， 从产生转矩的角度看是最有利 的。在此位置下，在绕组通电 的1/3周期里，载流导体正好 处于比较强的磁场中，所产生 的转矩平均值最大，脉动最小。 从时间相位上看，晶闸管触发 瞬间正好是该感应电势交变过 零之后的30°相位处，习惯上 将此点选作晶闸管触发相位的 基准点，称为空载换流超前 角 。
结 论
0 0 、 三相式，对转矩最为有利。
矛盾：
晶闸管靠反电势自然换流，要求 0 超前，目前常取 0 60 ，或按负载的 动态调节。转矩脉动大：凸极式无换向电 机中，还存在磁阻转矩，当 超前时为 0 负值，将使输出转矩减小。
二、逆变器晶闸管的换流问题
问题的提出： 直流无换向器电机的晶闸管直接接在直流电 源上,导通后无法自行关断，换流困难。必须采取 特殊的换流措施。 解决： 在过激状态下向逆变器提供超前的无功电流， 可利用电机的反电势来实现自然换流。
优点: (1) 只要精确地控制变频电源的频率就能准确控 制转速，无需速度反馈控制。 (2) 转矩干扰只影响同步电动机的功角，不影响 电机的转速可以在极低的转速下运行，调速范围 较宽。 (3)可以调节转子励磁来调节电机的功率因数,甚 至可在 下运行。 (4) 运行在超前功率因数下，有可能利用电动机 的反电势实现负载换流，克服强迫换流的弊病 （晶闸管)。 缺点：同步电机本身结构稍微复杂
永磁同步伺服电机(PMSM)的基本结构 和控制单元驱动器原理
永磁同步伺服电机（PMSM）的基本结构和控制单元驱动器原理导语：永磁交流伺服系统的驱动器经历了模拟式、模式混合式的发展后，目前已经进入了全数字的时代。
全数字伺服驱动器不仅克服了模拟式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等确定，还充分发挥了数字控制在控制精度上的优势和控制方法的灵活，使伺服驱动器不仅结构简单，而且性能更加的可靠。
随着现代电机技术、现代电力电子技术、微电子技术、永磁材料技术、交流可调速技术及控制技术等支撑技术的快速发展，使得永磁交流伺服技术有着长足的发展。
永磁交流伺服系统的性能日渐提高，价格趋于合理，使得永磁交流伺服系统取代直流伺服系统尤其是在高精度、高性能要求的伺服驱动领域成了现代电伺服驱动系统的一个发展趋势。
永磁交流伺服系统具有以下等优点：电动机无电刷和换向器，工作可靠，维护和保养简单；定子绕组散热快；惯量小，易提高系统的快速性；适应于高速大力矩工作状态；相同功率下，体积和重量较小，广泛的应用于机床、机械设备、搬运机构、印刷设备、装配机器人、加工机械、高速卷绕机、纺织机械等场合，满足了传动领域的发展需求。
永磁交流伺服系统的驱动器经历了模拟式、模式混合式的发展后，目前已经进入了全数字的时代。
全数字伺服驱动器不仅克服了模拟式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等确定，还充分发挥了数字控制在控制精度上的优势和控制方法的灵活，使伺服驱动器不仅结构简单，而且性能更加的可靠。
现在，高性能的伺服系统，大多数采用永磁交流伺服系统其中包括永磁同步交流伺服电动机和全数字交流永磁同步伺服驱动器两部分。
伺服驱动器有两部分组成：驱动器硬件和控制算法。
控制算法是决定交流伺服系统性能好坏的关键技术之一，是国外交流伺服技术封锁的主要部分，也是在技术垄断的核心。
交流永磁伺服系统的基本结构交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服电动机及相应的反馈检测器件组成，其结构组成如图1所示。
其中伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等等。
永磁同步电机伺服系统功率主回路的设计
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图 １ 功 率 主 回 路原 理 图
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基金项目： 安徽 省 教 育 厅 自然 科 学重 点 科 研 项 目 （０ ５ｊ０ ｚ ） ２ ０ ｋ ６ ｄ ０ 作 者 简 介 ： 丙 友 （９ ０ ）男 ， 士 研 究 生 ， 究 方 向 为 电 力 电 子 技 术 及 现代 电 力 传 动 控 制 ； 刘 １８ 一 ， 硕 研 凌有 铸 （９ ２ ）男 ， 教 授 ， １６ － ， 副 硕 士 生 导 师 ， 究 方 向 为 电力 电子 技 术 及 现代 电力 传 动 控 制 、 研 现代 控 制 技 术 。
ｉ ｔ ｅ ｋ ｙ ｔ ｈ ｅ ０ ｓ ｓ ｍ ｏ ｏ ｔ ｉ ｓ ｇ ｏ ｙ ａ ｃ ｐ ｒ ｒ ｎ ｃ ｄ ｓｅ ｄ ｔ ｔ ｒ ｃｓｏ ． ｓ ｈ ｅ ｏ ｔ ｅ ｓ ｎｒ ｙ ｔ ｅ ｔ ｂ ａｎ ｏ ｄ ｄ ｎ ｍｉ ｅ ｏ ｍａ ｅ ａ ｔ ａ ｙ ｓａｅ ｐ ｉｉｎ ｆ ｎ ｅ
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永磁同步直线电机伺服控制系统设计
Ｐ Ｓ ＭＬ Ｍ因具有高效 、 高可靠 陛、 体积小 、 时 间常数小 、 响应快和可控性好等优 势， 而大量的 应用于小 功率设备， 作为伺服驱动和精度较高 的 定位控制［。 引 合理的伺服控制系统 的设计方案 ，
必将 推动 Ｐ Ｓ ＭＬ Ｍ进 一步 应 用。
伺 服 系统
力， 以获得单 向或双 向的有 限可控位移 ［。 】 永磁 １
同步 直线 电机 （ ｅｍａ ｅ ｔ ｇ ｅ ｉｅ ｒＳ ｎ Ｐ ｒ ｎ ｎ Ｍａ ｎ ｔＬｎ ａ ｙ —
Ｋｅ ｗｏｒ ： ｒ ａ ｅ ｔ ａ ｎ ｔｌｎ ａ ｙｎ ｈ ｏ ｏ ｙ ｄｓ Ｐｅ ｍ ｎ ｎ ｇ ｅ ｉ ｅ ｒ ｓ ｃ ｒ ｎ ｕｓ ｍ
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数 字信 号
中图分类号： ＴＭ３ １ 文献标识码 ： ５ Ａ ＤＯＩ 编码 ： ０３ ６ ／． ｓ ０ ６２ ０ ．０ ２０ ．０ １ ．９ ９ｊｉ ｎｌ ０ ・８ ７２ １ ．２０ ８ ｓ
Ａｂｓ ｒ ｃ ：Ｌｉ ｅ ｒｍ ｏ ｏ ａ ｂ ａ ｎ ｌｎ ａ ｏ ｉ ｎ ｔａ ｔ ｎ ａ ｔ ｒ ｃ ｎ ｏ ｔ ｉ ｉ ｅ ｒｍ ｔｏ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｗｉ ｈ ｏ ａ ｙ ｍｏ ｏ ， ｅ ｍａ ｅ ｔｍａ ｎ ｔｌ ｅ ｒ ｏ ａ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｔ ｒ ｔ ｒ ｐ ｒ ｎ ｎ ｇ ｅ ｉ ａ ｈ ｎ ｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｍｏ ｏ ｓａ ｌ ｏ ｄ ｉ ｅ ｄ ｒ ｃ ｌ ｈ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｔ ｒ ｉ ｂ ｅ ｔ ｒｖ ｉｅ ｔ ｔ ｅ ｅ ｕ ｐ ｎ ｙ ｗｈ ｒ ｉ ｅ ｒｍｏ ｉ ｎ ｉ ｅ ｕ ｒ ｄ ｏ ａ ｑ ｒ ｈｅ ｌｍ ｉ ｄ ｅ ｅ ｌｎ ａ ｔｏ ｓ ｒ ｑ ｉ ｅ ，ｔ ｃ ｕｉｅ ｔ ｉ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌａ ｌ ｉ ｐ ａ ｅ ｎ ． ｋ ｎ ｆ ｄ ｓｇ ｒ ｇ ａ ｏ ｏ ｔ ｏ ｌ ｂ ｅ ｄ ｓ ｌ ｃ ｍｅ ｔ Ａ ｉ ｄ ｏ ｅ ｉ ｎ ｐ ｏ ｒ ｍ ｆ ｐ ｒ ａ ｅ ｔｍａ ｎ ｔｌ ｅ ｒｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｍｏ ｏ ｅ ｖ —ｙ ｔｍ ｅ ｍ ｎ ｎ ｇ ｅ ｉ ａ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｔ ｒ ｓ ｒ ｏ ｓ ｓｅ ｎ ｗａ ｒ ｅ ｕ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ， ｈ ｓ ｓ ｌ ｓ ｏ ｄ ｔ ａ ｈ ｓｗｏ ｋ ｄ ｏ ｔ ｓｐ ｐ ｒ ｔ ｅ ｔ ｔ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗｅ ｔ ｅ ｉ ｈ ｅ ｒ ｈ ｔ
伺服控制系统
第一章伺服系统概述伺服系统是以机械参数为控制对象的自动控制系统。
在伺服系统中，输出量能够自动、快速、准确地跟随输入量的变化，因此又称之为随动系统或自动跟踪系统。
机械参数主要包括位移、角度、力、转矩、速度和加速度。
近年来，随着微电子技术、电力电子技术、计算机技术、现代控制技术、材料技术的快速发展以及电机制造工艺水平的逐步提高，伺服技术已迎来了新的发展机遇，伺服系统由传统的步进伺服、直流伺服发展到以永磁同步电机、感应电机为伺服电机的新一代交流伺服系统。
目前，伺服控制系统不仅在工农业生产以及日常生活中得到了广泛的应用，而且在许多高科技领域，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化设备、卫星姿态控制、雷达和各种军用武器随动系统、柔性制造系统以及自动化生产线等领域中的应用也迅速发展。
1.1伺服系统的基本概念1.1.1伺服系统的定义“伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作，即控制信号到来之前，被控对象时静止不动的；接收到控制信号后，被控对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控对象应自行停止。
伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵活方便的控制。
1.1.2伺服系统的组成伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。
它由检测部分、误差放大部分、部分及被控对象组成。
1.1.3伺服系统性能的基本要求1）精度高。
伺服系统的精度是指输出量能复现出输入量的精确程度。
2）稳定性好。
稳定是指系统在给定输入或外界干扰的作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。
3）快速响应。
响应速度是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。
4）调速范围宽。
调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比。
5）低速大转矩。
在伺服控制系统中，通常要求在低速时为恒转矩控制，电机能够提供较大的输出转矩；在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。
永磁直线同步电机位置伺服系统的模糊PID控制
要 ：在 分析 建立 永磁 直线 同步 电机 （ ＭＬ Ｍ）的 ｄｑ轴动 态数 学模 型 的基础 之 上 ，提 出 了采 用三 环控 Ｐ Ｓ －
制 结构 的永 磁直 线 同步 电机位 置伺 服 系统 ， 伺服 系统 采用 模 糊 Ｐ Ｄ控 制方 法 。 点针对 位 置 环的模 糊 Ｐ Ｄ 该 Ｉ 重 Ｉ
Ｌ ｎ ｍｉ； ｈ ｎ ｎ ｏ ｇ Ｚ ａ ｉｇ ｏ ｇ ｉ Ｑｉｇ ｎ Ｚ ａ ｇＪ ｈ ｎ ； ｈ ｏＪ ｈ ｎ ｕ ｎ
（ ｅ ｔｉａ ｎ ｉｅ ｒｎ ｌ ｇ ｆＮａ ａ ｉｅ ｓｔ ｆＥｎ ｉｅ ｒｎ ， Ｗ ｕ ａ ３ ０ ３ Ｃｈｎ ） Ｅｌｃｒｃ ｌ ｇ ｎ ｅｉ ｇＣｏ ｌ ｅｏ ｖ ｌ Ｅ ｅ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｏ ｇｎ ｅ ｉｇ ｙ ｈ ｎ４ ０ ３ ， ｉａ
２永 磁 直线 同步 电机 的 ｄｑ轴 数学 模型 －
对 永 磁 直 线 同 步 电机 模 型 作 如 下 假 设 ：
必 须 采 取 有 效 的控 制 策 略来 改 善 系 统 性 能 。。 ］
① 不考虑铁心饱和 ，忽 略端部效应 ；
１引言
直 线 电机 与 传 统 的 旋 转 电机 相 比 ， 优 点在 其 于取 消 了 中 间 传动 机 构 ， 将 电能 直 接 转 换 成 直 线 运 动 的机 械 能 。 具 有 响应 快 、精 度 高 、推 力 大 等 优 点 。相 对 其他 直 线 电机 而 言 ，永 磁 同步 直 线 电
机 还 具 有 力 能 指标 高 、 体 积 小 、重 量 轻 的 特 点 。
固定 参 数 的 ＰＤ 控 制 器 很 难 满 足 高精 度 直 线 Ｉ
电机位 置伺服系统 的控制要求 ，而模糊 ＰＤ控制 Ｉ
器 则 融 合 了模 糊 控 制 理 论 与 常 规 ＰＤ控 制 器 的优 Ｉ 点 ， 能 有 效 提 高 系 统 的动 静 态 性 能 。本 文 针 对 】 永 磁 直 线 同步 电机 位 置 伺 服 系 统 设计 了模 糊 ＰＤ Ｉ
03交流永磁同步伺服电动机(1).ppt
第三节 交流永磁同步伺服电动机
●基本要求： 1）认知永磁同步伺服电动机结构和工作原 理 2）了解永磁同步电动机的控制策略 3）认知永磁同步电动机的特点和主要参数
●重点和难点: 永磁同步伺服电动机结构和工作原理
交流伺服系统
反馈控制
－伺服控制的特征
➢ 实现误差的自动校正
➢ 实现高性能的重要手段
四、永磁同步电动机的特点
和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷 等缺点。 和异步电动机阻损耗减小，且转 子参数可测、控制性能好；成本高、起动困难等 缺点。 和普通同步电动机相比，它结构简单，体积小、重 量轻，效率高。
五、交流永磁同步伺服电动机的 主要参数
表 交流永磁同步伺服电动机的主要技术参数
永磁同步电动机由定子和转子两大部分组成
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永磁同步电动机的结构 1-旋转变压器；2-永磁体；3-电枢铁芯；4-电枢三相绕组；
5-电机转轴
二、永磁同步伺服电动机工作原理
插入5631无刷直流电机 的工作原理动画
永磁同步电动机的工作原理
三、永磁同步电动机的控制策略
1.恒压频比控制 2.矢量控制 3.直接转矩控制
速度反馈
减速器
运动
负载
工作台
直线光栅尺
速度环
电机电源
伺服 放大器
丝杠
0 to ±10VDC
位置环
控制器
对位置 速度 力矩进行精确的控制
伺服控制系统的优点（1）
❖ 提高机械的响应、速度和灵活性 ❖ 提高生产过程的柔性,减小系统建立时间 ❖ 提高设备的生产率 ❖ 提高加工制造精度,减少废品
伺服控制系统的优点（2）
❖ 零速时的满额扭矩输出 ❖ 超低速的平稳运行 ❖ 简化原有的机械系统，提高性能
永磁同步电机
第5章 永磁同步电动机系统及其S P W M 控制 除一些利用异步转矩或磁阻转矩起动的永磁同步电动机之外，绝大多数的永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)需要逆变器驱动以平稳起动及稳定运行。
因此一般意义上的永磁同步电动机系统是指具有位置传感的、SPWM 逆变器驱动的永磁同步电动机，或称为正弦波驱动的无刷直流电动机，很多的文献也直接将之简称为永磁同步电动机。
本章主要阐述永磁同步电动机即正弦波无刷直流电动机的原理及其SPWM 控制。
5.1永磁同步电动机系统的构成及设计特点5.1.1永磁同步电动机系统的构成与前一章的方波无刷直流电动机相比较，虽然两者都是自同步运行的永磁同步电动机，均由永磁同步电动机、转子位置传感器和控制驱动电路三部分组成，但在运行原理上存在较大的差异。
方波无刷直流电动机中，只需要若干个磁极位置处的开关信号就可以形成换相逻辑，从而产生在空间跳跃旋转的定子磁动势；通过平顶波反电动势的设计及矩形电流波形的控制，可以产生近似恒定的电磁转矩，转矩平稳性较差。
而在永磁同步电动机中，为产生恒定的电磁转矩，一般采用SPWM 信号驱动功率电路，在电动机三相绕组中产生正弦波的电流，从而形成连续旋转的定子圆形旋转磁场，因此需要检测连续的转子位置信息。
图5-1所示框图为永磁同步伺服电动机的基本结构之一。
转子位置传感器为旋转变压器或编码器等，通过轴角变换电路或计数器等可以将连续位置传感器的输出信号变换为转角位置信号p θ。
之后，在相电流指令合成电路中产生各相的电流指令信号j u ，如式（5-1）所示。
)32)1((sin )(πθθ--=j p V P u er j 3,2,1=j （5-1） 式中，V er −输入控制指令，为速度误差信号或转矩指令信号。
相电流指令与电流负反馈信号经电流调节器处理后，生成SPWM 信号控制逆变功率电路，驱动永磁同步电动机自同步运行。
永磁直线同步电动机矢量控制位置伺服系统
１直线位置伺服 系统控制结构
磁场定 向控 制 （ ０ 下 ， 磁 直线 同步 电动 机 ｉ＝ ） 永
的矢 量控 制方程 式 ：
Ｆ ：ＫＦ ｉ 。 （） １
式 中 ：。为 电磁 推 力 ； 为 推 力 系 数 ； Ｆ Ｋ ｉ ｄ轴 电 为 流 ； 为 ｑ轴 电流 。 。 磁 场定 向矢量 控制下 的永磁 直线 同步 电动机 伺
服 系统为典 型 三环结构 ， 括 电流环 、 包 速度环 和位 置
环 ， 图 １所示 。直 线 位 置伺 服 系统 由永磁 直 线 同 如
步 电动 机 Ｐ Ｓ 逆 变 器 、 ＷＭ 空 间 矢 量 调 制 器 ＭＬ Ｍ、 Ｐ
ＳＰ Ｖ ＷＭ、ｂ／ ｑ坐 标变 换 器 、ｑｏ ａｃｄ ｄ／￣ 标 变换 器 、 ３坐 位
驱动
》 霸 … … ：
标变换 器 得 到 轴 的参 考 电压 ， Ｐ 由 ＷＭ 空 间 矢 量
永磁同步电机 伺服电机 关系
永磁同步电机伺服电机关系
一、永磁同步电机和伺服电机的原理
永磁同步电机和伺服电机的基本原理虽然相同，都是基于电磁感应定理和磁场的交替作用来实现机械动力转化，但是在具体的实现方式上却存在差异。
永磁同步电机采用了永磁材料作为转子，与定子上的电磁线圈形成磁场的交替作用以实现运动，而伺服电机的转子则通常是一种磁性材料，通过控制电流来实现转子相对于定子的运转。
二、永磁同步电机和伺服电机的控制方式
永磁同步电机通常采用电子式换相技术，通过将控制电流和感应电流进行复合，来控制电机的运行方式。
而伺服电机则通常采用切换电容方式进行控制，通过切换不同容量的电容来调节电机的运转速度和输出力矩。
这一点与永磁同步电机的电路结构存在较大差异。
三、永磁同步电机和伺服电机适用场景的差异
永磁同步电机适用于高速高动态响应的场景，例如工业生产线上的自动化设备，以及新能源汽车方面。
而伺服电机则适用于高精度控制方面的应用，例如智能机器人、CNC加工设备、医疗器械等。
这一点在设计和选型时需要特别注意。
全数字交流永磁同步电机伺服系统设计
可靠性 以 及 生 产 一 致 性 差 等 问 题 。 数 字 控 制 在 精 度 、 靠性 以及灵 活性 等方 面 的优势 ， 促使交 流伺 可 也
ｌ 『 『 ］
永磁同步电机矢量控制ppt课件
18
a) 稳态矢量图
b) 相量图
图3-9 面装式PMSM矢量图和相量图
19
此时，可将式(3-17)直接转换为
U s Rs Is jωs Ls Is jωsΨ f Rs Is jωs Ls Is jωs Lm If Rs Is jωs Ls Is E0
fC
(3-4)
式中， fA 、 fB 和 fC 分别为永磁励磁磁场链过 ABC 绕组产生的磁链。
12
同电励磁三相隐极同步电动机一样，因电动机气隙均匀，故 ABC 绕组
的自感和互感都与转子位置无关，均为常值。于是有
LA LB LC Ls Lm1 式中， Ls 和 Lm1 分别为相绕组的漏电感和励磁电感。另有
3.1.1 转子结构及物理模型
永磁同步电动机是由电励磁三相同步电动机发展而来。它用永磁体代替了电 励磁系统，从而省去了励磁线圈、集电环和电刷，而定子与电励磁三相同步电动 机基本相同，故称为永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor， PMSM)。
用于矢量控制的 PMSM，要求其永磁励磁磁场波形是正弦的，这也是 PMSM 的一个基本特征。
B (Lsσ Lm ) iB fB
C
iC fC
(3-9)
同三相感应电动机一样，由三相绕组中的电流 iA 、iB 和 iC 构成了定子电流矢 量 is （如图 3-6b 所示）。
14
同理由三相绕组的全磁链可构成定子磁链矢量 ψs ，由 fA 、 fB 和 fC 可构成转子磁链矢量 ψf ，即有
图 3-6b 中，将永磁励磁磁场轴线定义为 d 轴，q 轴顺着旋转方向超 前 d 轴 90°电角度。 fs 和 is 分别是定子三相绕组产生的磁动势矢量和定 子电流矢量，产生 is ( fs ) 的等效单轴线圈位于 is ( fs ) 轴上，其有效匝数为 相绕组的 3 2 倍。于是，图 3-6b 便与图 1-17 具有了相同的形式，即面 装式 PMSM 和三相隐极同步电动机的物理模型是相同的。
浅谈永磁同步电机伺服系统及其现状
着科 学技 术 日新 月异 的发展 ， 人 类对产品的需求量 已经远不是手 工作 业就 能够满足 了， 这就促使 了社会 生产从传统的手工作业方式向机 械化 生产方式迈进 。在 电机的应 用过程 中， 电机被不 断的改革创新 ， 一 系列功能强大实用性高的电机不断 出现在Ａ． ｉ Ｊ ＇ １ 的视野 ， 从 而进一步 的推进 了人 类社会 的向前发展 。本文从 交流伺服 系统的结构方 面出发 ， 对 系统 中各 个单元的一些基本功能进行 了简要介 绍， 并且对永磁 体 同步电机调速 系统与无刷直流 电机调速 系统进行 了全面的分析和 比较 ，在 文章 的最后还对永磁体 同步 电机伺服 系统的前景从 国内外
两 个 市 场 的发 展 现 状 进 行 了评 价 。
关键词 ： 伺服 系统 ； 永磁 同步电机 ； 直流无刷 电机
２ ． ４位置控制 系统 。对于不 同的信号 ， 位置控制 系统所表现出的 随着科 学技术 的 日新月异 ， 电机在人类 的生活生产 中起 到了重 生 是不 同的 。 典型 的输入信号有 三种形式： 位置输入（ 位置阶跃 输 要 的作用 ，在 人类运用 电机 的过程 中对 电机进 行 了不 断的改进创 特 Ｉ 新， 在 二十世纪八 十年代 ， 由于微处理 技术和半导体功 率器件技 术 入 ） 、 速度输入（ 斜坡输人 ） 以及加速度输入（ 抛物线输入 ） 。 位置传感 等制造水平 的不 断提 高 ， 交流伺 服电机 已经成为 了应用最 为广泛 的 器一般采用高分辨率的旋转变压器 、 光电编码器 、 磁编码器等元件 。 能输出转子 的绝对位置 ， 但其解 码 电机之一。所谓 的伺 服系统就是使 物体 的位 置 、 方位和状态 等输 出 旋转 变压器输 出两相 正交波形 ， 价格 昂贵。磁编码器是实现数字反馈控制性价 比较高的 被 控量 能够 跟随输入 目标 （ 或给定值 ） 的任意变化的 自动控制系统 。 电路复杂 ， 还可以依靠磁极变化检测位置 ， 目前 正处 于研究 阶段 ， 其分辨 它的主要任务 是按控制命令 的要求 、 对功率进行 放大 、 变换与调 控 器件 ， 等处理 ， 使驱动装置输 出的力矩 、 速 度和位置控制的非常灵活方便 。 率较低 。 ２ ． ５接 口通讯单元 。接 口包括键盘 ， 显示 、 控制 Ｙ Ｏ接 口、 串行通 目前 ， 随着科学技 术的不断提高 ， 人类 在永磁体 同步 电机伺服 系统 ／ Ｏ接 口电路 中 ， 有许 多数字 信号需 的应用上已经开始逐 步完善成熟 ， 以下 内容是通过对永磁体 同步电 信等 。伺 服单元 内部及 对外 的 Ｉ 更新速度也不同。 机伺服系统的发展历史 以及其结构 特征进行深入的剖析 ， 并 对其 在 要 隔离 。这些数字信号代表的信息不 同， ３永磁 同步 电机伺服 系统的国内外发展现状 国内外的发展现状进行了详细的阐述 。 １概 述 早 期对永磁 同步电机 的研究 主要为 固定 频率供 电的永磁 同步 特别是稳态特性和直接起动性能的研 究。Ｖ ． 从２ ０世纪 ７ ０年代后期 到 ８ ０年代初期 ， 随着微处理技术 ， 大功 电机运行特性 的研究 ， ． Ｈ ｏ ｎ ｓ ｉ ｎ ｇ ｅ ｒ 和 Ｍ． Ａ ． Ｒ ａ ｈ ｍａ ｎ等人对永 磁 同步 电机 的直接起 动方 面 率高性能半导体 功率 器件技术 和电机永磁材料制造工艺 的发展 ， 其 Ｂ 在二十世纪八十年代 国外开始对逆变器供电 性 能价格 比的 日益提高 ， 交流伺服技术 一交流伺服 电机 和交 流伺 服 做 了大量 的研究工作。 的永磁 同步 电机进行了深入的研 究， 其供 电的永磁 同步 电机与直接 控制系统逐渐成为主导产 品。现如今 ， 性 能相对较 高的一些 伺服系 起动 的永磁 同步 电机的结构基本相 同 ， 但 多数情况下无阻尼绕组 。 统基本采用永磁同步性交流伺 服电机 ， 并且永磁 同步电机交 流伺服 系统在技术应用上已经逐步形 成模 式 ， 具备 了十分优 良的低 速性能 随着对永磁 同步电机调 速系统性 能要求 的不 断提 高 ， Ｇ ． Ｒ ． Ｓ ｌ ｅ — 提 出了现代 并可实现 弱磁 高速控制 ， 能快速 、 准确 定位的控制驱 动器组成 的全 ｍ ｏｎ 等人 针对 调速系统 快速动态性 能和高效率 的要求 ， 可设计 出高效率 、 高力矩惯量 比、 高能量 数字位置伺服系统。 并 且随着永磁材料性能 的大幅度提高和价格的 永磁 同步 电机 的设计方法。 降低 ， 特别是钕铁硼永磁 的热稳定性 和耐腐蚀性 的改善和价格的逐 密度 的永磁 同步 电机。 近年来 微型计算 机技术的发展 ， 永磁 同步 电动机矢 量控制系统 步降低以及电力电子器件的进一步发展 ， 加上永磁 电机研究开发经 Ｄ ． Ｎ ａ ｕ ｎ ｉ ｎ等研制了一种永磁 同 验的逐步成 熟 ， 经大力推广 和应用 已有研究 成果 ， 其在 工业生产 领 的全数字控制也取得 了很大的发展 。 域中的领域也越来越广泛 ， 正 向大功率化 （ 高转速 、 高转 矩 ） 、 高功能 步电动机矢量控制系统 ，采用 了十六位单片机 ８ ０ ９ ７作为控制计算 机， 实现了高精度 、 高动态响应的全数字控制。 化和微型化方面发展。
永磁同步电机伺服系统控制中的自抗扰控制策略
永磁同步电机伺服系统控制中的自抗扰控制策略近年来，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）在伺服系统领域得到了广泛的应用，其高效、高性能的特点使其成为工业控制领域的热门选择。
在PMSM伺服系统中，控制策略的选择至关重要，而自抗扰控制策略（Active Disturbance Rejection Control，ADRC）正是一种被广泛应用和研究的控制策略之一。
本文将就永磁同步电机伺服系统控制中的自抗扰控制策略进行详细的探讨，希望能为您带来新的见解和启发。
让我们简要回顾一下永磁同步电机（PMSM）伺服系统的基本原理。
PMSM是一种采用永磁体作为电磁铁的同步电机，其特点是具有高效率、高功率因数、大功率密度等优点。
PMSM广泛应用于需要快速响应和高精度控制的场合，例如数控机床、印刷设备、飞行器等领域。
在PMSM伺服系统中，控制目标是实现电机的精确转矩控制，以满足不同工况下的运行需求。
针对PMSM伺服系统的控制要求，自抗扰控制策略应运而生。
自抗扰控制是一种基于对系统扰动进行实时测量和估计的控制策略，通过对扰动的补偿来实现对系统的精确控制。
相比于传统的PID控制，自抗扰控制能够更好地应对外部扰动和模型误差，具有良好的鲁棒性和鲁棒性。
在PMSM伺服系统中，自抗扰控制策略的设计和实现涉及到多个关键环节，包括扰动观测器的设计、参数的辨识与补偿、控制律的设计等。
其中，扰动观测器是自抗扰控制策略的核心组成部分，通过对扰动信号的实时估计，实现对扰动的实时补偿。
对PMSM电机的数学建模和参数辨识也是自抗扰控制的重要基础，准确的模型和参数估计将直接影响控制系统的性能和稳定性。
在自抗扰控制策略的设计中，还需要考虑控制律的设计和调整。
传统的自抗扰控制往往采用线性控制律，但在实际应用中，PMSM电机的非线性特性经常会带来挑战。
如何设计一种适应PMSM电机非线性特性的自抗扰控制律，是当前研究和应用中的重要问题之一。
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3.5.5 位置控制器的设计
1.伺服刚度
2.位置控制系统的响应
3.速度控制范围
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3.5.5 位置控制器的设计
图3-28 位置控制系统构成框图
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图3-29 位置控制系统的阶跃响应
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3.5.6 d-q坐标系下永磁同步伺服电机矢量控制系统 的构成
1.基于电流解耦控制的永磁同步电机伺服系统
3.4.2 最大转矩控制
1.最大转矩电流比控制
2.最大转矩磁链比控制(最大转矩电动势比控制)
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3.4.3 弱磁控制
对于永磁体励磁的PMSM，不能像电励磁同步电机
那样直接控制励磁磁通，但是根据前面的分析可知， 如果在绕组中有负向的d轴电流流过，则可以利用d 轴电枢反应的去磁效应，使d轴方向的磁通减少，能 够实现等效的弱磁控制。为区别于直接控制励磁磁 通的弱磁控制，把这种控制称做弱磁控制。
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3.4.6 永磁同步电机的参数与输出范围
图3-12 转矩一定时的相位控制特性
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3.4.6 永磁同步电机的参数与输出范围
图3-13 普通永磁同步电机特性
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3.4.6 永磁同步电机的参数与输出范围
图3-14 和各种特性之间的关系
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3.5 交流伺服电机的矢量控制系统
24828c
第3章 永磁同步电机伺服控制系统
3.5.1 状态方程与控制框图 3.5.2 解耦控制与坐标变换的实现 3.5.3 电流控制器的分析与设计 3.5.4 速度控制器的设计 3.5.5 位置控制器的设计 3.5.6 d-q坐标系下永磁同步伺服电机矢量控制系统的构成 3.6 永磁同步伺服电机的设计要点 3.6.1 电机主要尺寸的确定 3.6.2 电动势的正弦化设计 3.6.3 定位转矩的抑制技术
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3.4.4 cosϕ=1控制
•根据式(3-20)可知，为了实现功率因数cosϕ=1 =1，只要满足δ=β即可。采用功率因数等于 1的控制方式时， 逆变器的容量可以得到充 分利用。
24828c
3.4.5 最大效率控制
在任意的负载状态(任意的转速、转矩)下，驱动电
流一定存在最佳的大小和相位，使电机的铜损和铁 损接近相等，此时电机的效率达到最大。
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3.3 永磁同步电机的数学模型
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3.3.1 永磁同步电机的基本方程
1)忽略铁心饱和效应。
2)气隙磁场呈正弦分布。
3)不计涡流和磁滞损耗。 4)转子上没有阻尼绕组，永磁体也没有阻尼作用。
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图3-8 三相永磁同步电机的解析模型
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图3-9 三相永磁同步电机的d-q变换模型
行。
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3.2 永磁同步电机的结构与工作原理
图3-2 永磁同步电机的结构示意图
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3.2 永磁同步电机的结构与工作原理
图3-3永磁同步电机的绕组形式 a)整数槽绕组 b)分数槽绕组
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3.2 永磁同步电机的结构与工作原理
图3-4 具有分数槽绕组的电机定子
24828c
3.2 永磁同步电机的结构与工作原理
图3-20 电流控制系统(P控制)的 开环频率特性
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3.5.3 电流控制器的分析与设计
图3-21 电流控制系统(P控制)的闭环频率特性
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3.5.3 电流控制器的分析与设计
图3-22 电流控制系统(PI控制)的开环频率特性
24828c
3.5.3 电流控制器的分析与设计
图3-23 电流控制系统(PI控制)的闭环频率特性
24828c
3.5.2 解耦控制与坐标变换的实现
图3-17 从、到、的实现框图
24828c
3.5.2 解耦控制与坐标变换的实现
图3-18 解耦控制的永磁同步电机框图
24828c
3.5.3 电流控制器的分析与设计
图3-19 具有电流控制器的解耦控制永磁同步电动机的框图
24828c
3.5.3 电流控制器的分析与设计
24828c
3.1 永磁同步电机伺服控制系统的构成
图3-1 永磁同步电机伺服控制系统的组成
24828c
3.2 永磁同步电机的结构与工作原理
1)永磁体位于转子内部，转子的结构简单、机械强度
高、制造成本低。
2)转子表面为硅钢片，因此，表面损耗小。 3)等效气隙小，但气隙磁密高，适于弱磁控制。 4)永磁体形状及配置的自由度高，转子的转动惯量小。 5)可有效地利用磁阻转矩，提高电机的转矩密度和效 率。 6)可利用转子的凸极效应实现无位置传感器起动与运
2.基于三相交流控制的永磁同步电机伺服系统
24828c
1.基于电流解耦控制的永磁同步电机伺服系统
1)位置环、速度环、电流环控制单元、解耦控制单元。 2)电机转子位置、转速检测及信号处理计算单元。
3)坐标变换单元。 4)三相逆变单元。
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2.基于三相交流控制的永磁同步电机伺服系统
图3-30 基于电流解耦控制的永磁同步电机伺服系统的构成
2)转矩波动幅值大小与永磁体性能、磁极和齿槽形状、 铁心材料特性有关。 3)定位转矩的存在与电机绕组是否通电无关，但其幅 值大小与电流大小有所关联。
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24828c
图3-10 基本向量图
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3.3.2 永磁同步电机的d、q轴数学模型
1.永磁同步电机的d、q轴基本数学模型
2.计及铁损时永磁同步电机的d、q轴数学模型
24828c
图3-11 计及铁耗时永磁同步电机的d、q轴等效电路 a)d轴等效电路 b)q轴等效电路
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3.4 正弦波永磁同步电机的矢量控制方法
第3章 永磁同步电机伺服控制系统
3.1 永磁同步电机伺服控制系统的构成 3.2 永磁同步电机的结构与工作原理 3.3 永磁同步电机的数学模型 3.3.1 永磁同步电机的基本方程 3.3.2 永磁同步电机的d、q轴数学模型 3.4 正弦波永磁同步电机的矢量控制方法 3.4.1 id=0控制 3.4.2 最大转矩控制 3.4.3 弱磁控制 3.4.4 cosϕ=1控制 3.4.5 最大效率控制 3.4.6 永磁同步电机的参数与输出范围 3.5 交流伺服电机的矢量控制系统
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3.4.1 控制id=0
• id=0时， 电机电磁转矩和交轴电流成线性关系，转 矩中只有永磁转矩分量。此时在产生所要求转矩的 情况下，只需最小的定子电流，从而使铜损下降， 效率有所提高；对控制系统来说，只要检测出转子 位置(d轴)，使三相定子电流的合成电流矢量位于q 轴上就可以了。
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3.6.1 电机主要尺寸的确定
永磁同步伺服电机的主要尺寸可以由 所需的最大转矩和动态性能指标确定。
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3.6.2 电动势的正弦化设计
(1)气隙磁场波形的正弦化设计
(2)电枢绕组的谐波电动势抑制
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3.6.3 定位转矩的抑制技术
1)方向交变，具有周期性，波动频率与转子极数和定
子铁心槽数直接相关。
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3.5.4 速度控制器的设计
图3-24 速度控制系统的控制框图
24828c
3.5.4 速度控制器的设计
图3-25 把电流控制系统简略化的速度控制系统框图
24828c
3.5.4 速度控制器的设计
图3-26 PI速度控制系统的开环频率特性
2482Байду номын сангаасc
3.5.4 速度控制器的设计
图3-27 PI速度控制系统的阶跃响应
在交流伺服系统中，一般要求伺服电机的过载能力
强、动态响应快、转矩线性度高；控制方法简单、 可靠；通常不需要恒功率运行。
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3.5.1 状态方程与控制框图
图3-15 d-q坐标系下永磁同步电动机的控制框图
24828c
3.5.2 解耦控制与坐标变换的实现
图3-16 从、到、、的实现框图
24828c
2.基于三相交流控制的永磁同步电机伺服系统
图3-31 基于三相交流控制的永磁同步电机伺服系统构成
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3.6 永磁同步伺服电机的设计要点
伺服系统对永磁同步伺服电机的主要要求是动态响
应快、转矩波动小、调速范围宽、效率和转矩密度 高等，因此，在设计过程中要充分考虑这些要求。
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随着永磁同步电机调速系统应用的日益广泛，对系
统性能的要求也越来越高。对PMSM控制系统的基 本要求可归纳为转矩控制的响应快、精度高、波动 小；电机的效率高、功率因数高；系统的控制简单、 调速范围宽、可靠性高等。控制交流调速系统的关 键是实现电机瞬时转矩的高性能控制。从永磁同步 电机的数学模型可看出，对电机输出转矩的控制最 终归结为对交轴、直轴电流的控制。PMSM矢量控 制的电流控制方法主要有：id=0控制、最大转矩控 制、弱磁控制、cosϕ=1控制、最大效率控制等。下 面对这几种方法进行分析。
图3-5 无槽结构永磁同步电机
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3.2 永磁同步电机的结构与工作原理
图3-6 永磁同步电机常用的转子结构 永磁体 磁性体 非磁性体或空气
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3.2 永磁同步电机的结构与工作原理
图3-7 图3-6所示结构电机的交、直轴电枢反应磁通路径 a)直轴电枢反应磁通路径 b)交轴电枢反应磁通路径