控制电机及其应用作业2

作业2

1、简述永磁同步伺服电动机和无刷直流电动机的区别？

无刷直流电动机通常情况下转子磁极采用瓦形磁钢，经过磁路设计，可以获得梯形波的气隙磁密，定子绕组多采用集中整距绕组，因此感应反电动势也是梯形波的。无刷直流电动机的控制需要位置信息反馈，必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术，构成自控式的调速系统。控制时各相电流也尽量控制成方波，逆变器输出电压按照有刷直流电动机PWM的方法进行控制即可。本质上，无刷直流电动机也是一种永磁同步伺服电动机，调速实际也属于变压变频调速范畴。通常说的永磁同步伺服电动机具有定子三相分布绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦，外加的定子电压和电流也应为正弦波，一般靠交流变压变频器提供。永磁同步电动机控制系统常采用自控式，也需要位置反馈信息，可以采用矢量控制（磁场定向控制）或直接转矩控制的先进控制策略。

2、画图说明永磁同步伺服电动机与电励磁同步电动机功角特性的不同，为什么？

如图1所示，曲线1为由永磁气隙磁场与定子电枢反应磁场相互作用产生的基本电磁转矩，也即永磁转矩；曲线2为由于电动机d轴、q轴不对称而产生的磁阻转矩；曲线3为曲线1和曲线2的合成。由于永磁同步伺服电动机直轴同步电抗Xd一般小于交轴同步电抗Xq，磁阻转矩为一负正弦函数，因而功角特性曲线上转矩最大值所对应的功率角大于90°，而不像电励磁同步电动机那样小于90°，这是永磁同步伺服电动机一个值得注意的特点。

3、说明三相永磁同步伺服电动机闭环控制的原理，说明与常规的速度控制的差异。

根据三相永磁同步伺服电动机的矢量控制方程式，我们根据传递函数，分别构造出位置闭环、速度闭环和电流闭环的PID控制策略，但是，作为一个全面和完整的三相永磁同步伺服电动机的矢量控制还应当包括下列测量和控制单元，以及相关的SVPWM空间矢量控制方法，

硬件部分应当包括霍尔电流传感器，三相PWM逆变器，光电旋转编码器或者其他角度和速度传感器，通过相关的软件和硬件构造出一个完整的三相永磁同步伺服电动机的三闭环控制系统。采用数字信号处理器DSP为硬件平台的控制系统，可以采用图2-16的控制框图来构造三相永磁同步伺服电动机的三闭环控制系统。

速度控制是根据三相永磁同步伺服电动机的转子运动方程，采用简单类比的方法，构造电动机速度环的控制策略，速度环的闭环传递函数可以近似等效为一阶惯性环节。

4、简述下图工作原理和功能，并说明图中honeywell CSNE151器件的功能、主要原理和作

用。

图为霍尔传感器采样电路，通过霍尔电流传感器得到的电流信号经过采样电阻变换成电压信号后，经RC滤波，送入到放大器的反向输入端，对于输入都可以加补偿偏置，这里只允许单极性电流测量，本电路采用加法器的原理，将输入偏置到0~3.3V。为防止信号幅值过高，可以采用稳压二极管限幅。

CSNE151为霍尔电流传感器，三相电流的检测这里选用CSNE151来实现。