永磁同步电动机的高性能电流控制器
基于MTPA的永磁同步电动机矢量控制系统方案
基于MTPA的永磁同步电动机矢量控制系统1 引言永磁同步电动机由于自身结构的优点，再加上近年来永磁材料的发展，以及电力电子技术和控制技术的发展，永磁同步电动机的应用越来越广泛。
而对于凸极式永磁同步电动机，由于具有更高的功率密度和更好的动态性能，在实际应用中越来越受到人们的重视[1]。
高性能的永磁同步电动机控制系统主要采用的矢量控制。
交流电机的矢量控制由德国学者blaschke在1971年提出，从而在理论上解决了交流电动机转矩的高性能控制问题。
该控制方法首先应用在感应电机上，但很快被移植到同步电机。
事实上，在永磁同步电动机上更容易实现矢量控制。
因为该类电机在矢量控制过程中不存在感应电机中的转差频率电流而且控制受参数(主要是转子参数)的影响也小。
永磁同步电动机的矢量控制从本质上讲，就是对定子电流在转子旋转坐标系(dq0坐标系)中的两个分量的控制。
因为电机电磁转矩的大小取决于上述的两个定子电流分量。
对于给定的输出转矩，可以有多个不同的d、q轴电流的控制组合。
不同的组合将影响系统的效率、功率因数、电机端电压以及转矩输出能力，由此形成了各种永磁同步电动机的电流控制方法。
[2]针对凸极式永磁同步电动机的特点，本文采用最优转矩控制(mtpa)，并用一种更符合实际应用的方法进行实现，并进行了仿真验证。
图1 电流id、iq和转矩te关系曲线2 永磁同步电动机的数学模型首先，需要建立永磁同步电动机在转子旋转dq0坐标系下的数学模型，这种模型不仅可用于分析电机的稳态运行性能，还可以用于分析电机的暂态性能。
为建立永磁同步电机的dq0轴系数学模型，首先假设：(1)忽略电动机铁芯的饱和；(2)不计电动机中的涡流和磁滞损耗；(3)转子上没有阻尼绕组；(4)电动机的反电动势是正弦的。
这样，就得到永磁同步电动机dq0轴系下数学模型的电压、磁链和电磁转矩方程，分别如下所示：(1)(2)(3)式中：ud和uq是dq轴上的电压分量；id和iq是dq轴上电流分量；如rs为定子绕组电阻；ld和lq是dq轴上的电感；φd和φq是dq轴上的磁链分量；ωe是转子电角速度；φf是永磁体磁链；pn为极对数。
永磁同步电动机调速控制系统的设计
永磁同步电动机调速控制系统的设计
永磁同步电动机调速控制系统是一种高性能的电动机调速系统，广泛应用于工业生产和交通运输等领域。
本文将介绍永磁同步电动机调速控制系统的设计原理和关键技术。
需要了解永磁同步电动机的工作原理。
永磁同步电动机是一种通过磁场同步转速实现转速调节的电动机。
它的主要特点是结构简单、功率密度高、效率高，而且具有较好的调速性能和动态响应特性。
永磁同步电动机调速控制系统主要由电机模型、控制器和功率放大器组成。
电机模型用于描述电机的动态特性，控制器用于设计调速算法，功率放大器则用于控制电机的电流和转矩。
在设计永磁同步电动机调速控制系统时，首先需要建立电机的数学模型。
该模型通常由永磁同步电动机的转矩方程、电流方程和转速方程组成。
利用这些方程可以计算出电机的电流和转矩，从而实现对电机的调速控制。
接下来，需要设计合适的控制器来实现电机的调速控制。
控制器通常采用基于反馈的控制算法，例如比例积分控制（PI控制）。
通过监测电机的转速和电流，控制器可以根据设定值和反馈信号来调整电机的输出转矩，从而实现电机的调速控制。
需要使用功率放大器来控制电机的电流和转矩输出。
功率放大器通常采用PWM（脉冲宽度调制）技术，通过调节电流的占空比来控制电机的输出转矩。
这样可以实现电机的平滑运行，并且提高整个系统的效率和稳定性。
永磁同步电动机调速控制系统设计涉及到电机模型建立、控制器设计和功率放大器选择等关键技术。
通过合理的设计和调试，可以实现永磁同步电动机的精确调速控制，从而满足不同应用场景的需求。
这对于提高工业生产效率和减少能源消耗具有重要意义。
永磁同步伺服电机(PMSM)驱动器原理
永磁同步伺服电机（PMSM）驱动器原理中达电通股份有限公司中达电通公司伺服数控产品处 周瑞华 Zhou Reihua摘 要： 永磁交流伺服系统以其卓越的性能越来越广泛地应用到机器人、数控等领域，本文对其驱动器的功能实现做了简单的描述，其中包括整流部分的整流过程、逆变部分的脉宽调制（PWM ）技术的实现、控制单元相应的算法等三个部分。
关键词： DSP 整流 逆变 PWM 矢量控制 1 引言随着现代电机技术、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：（1）电动机无电刷和换向器，工作可靠，维护和保养简单；（2）定子绕组散热快；(3)惯量小，易提高系统的快速性；（4）适应于高速大力矩工作状态；（5）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。
2 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。
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。
交流永磁同步电动机工作原理
交流永磁同步电动机工作原理交流永磁同步电动机是一种具有高效率、高性能和高可靠性的电动机。
它采用永磁体作为励磁源，与传统的异步电动机相比，具有更高的功率因数、更低的损耗和更小的体积。
交流永磁同步电动机的工作原理可以简单描述为：当电动机通电后，电流经过控制器流向永磁体，激发出磁场。
同时，控制器通过传感器获取电动机转子位置信息，并根据这些信息来控制电流的方向和大小，使得转子与永磁体之间产生磁场的相互作用，从而驱动电动机的转子旋转。
具体来说，交流永磁同步电动机的工作原理可以分为以下几个方面：1. 磁场产生：交流永磁同步电动机的永磁体通常由稀土永磁材料制成，具有较高的磁导率和磁能密度。
当电流通过永磁体时，会在永磁体内产生一个稳定的磁场。
2. 磁场定向：控制器通过传感器获取电动机转子位置信息，并根据这些信息来控制电流的方向和大小。
通过调节电流的大小和方向，控制器可以使得电动机的转子与永磁体之间产生磁场的相互作用，从而实现电动机的转动。
3. 磁场同步：交流永磁同步电动机的转子磁场与永磁体的磁场同步运动。
当电动机的转子磁场与永磁体的磁场同步时，转子会受到磁场力的作用，从而产生转矩，驱动电动机的转动。
4. 转子运动：电动机的转子在受到磁场力的作用下，开始旋转。
由于电动机的转子是通过永磁体产生的磁场来驱动的，因此电动机的转子速度与磁场的转速是同步的。
交流永磁同步电动机利用上述工作原理，具有许多优点。
首先，由于使用永磁体作为励磁源，电动机的功率因数较高，可以提高电动机的效率。
其次，由于永磁体具有较高的磁导率和磁能密度，电动机的体积较小，适用于空间受限的场合。
此外，永磁体的磁场稳定性较好，电动机具有较高的可靠性和稳定性。
需要注意的是，在交流永磁同步电动机的工作过程中，控制器起着关键的作用。
控制器通过传感器获取转子位置信息，并根据这些信息来控制电流的方向和大小，从而实现电动机的正常运行。
控制器的设计和优化对于电动机的性能和效率具有重要影响。
基于FOC算法的永磁同步电机控制器设计
基于FOC算法的永磁同步电机控制器设计永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Machine，PMSM）是一种高效、高功率密度的电机，被广泛应用于电力驱动和电动汽车等领域。
对于永磁同步电机的控制，Field Oriented Control（FOC）算法是一种常用的控制策略，可以实现快速、精确的电流和转矩控制。
首先，需要进行电机的模型建立和参数识别。
电机模型包括电气模型和机械模型，其中电气模型描述电机的电流和电压动态特性，机械模型描述电机的转速和转矩特性。
通过实验或仿真方法，可以获取电机的参数，如电阻、电感、永磁体磁链等。
其次，需要进行电机的磁链定向。
FOC算法中的关键步骤是将电机的磁链定向为直流分量和正交分量。
这可以通过电流反馈和转速信息来实现。
通过测量电机的三相电流和转子位置编码器等信号，可以计算得到电机的直流分量和正交分量。
然后，需要进行电机的电流和转矩控制。
在FOC算法中，通过控制电机的直流分量和正交分量，可以实现对电机的电流和转矩的精确控制。
其中，电机的直流分量控制可以通过电流环和比例积分控制实现，而电机的正交分量控制可以通过电流环、速度环和转矩环等控制实现。
最后，需要进行控制器的实现和优化。
控制器可以通过数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）或嵌入式控制器等进行实现。
控制器可以采用PI控制、模型预测控制等算法，在保证系统稳定性和响应速度的前提下，优化电机的性能指标，如动态响应性能、能耗、抗扰性等。
总结来说，基于FOC算法的永磁同步电机控制器设计是一个涉及多个方面的综合问题。
通过对电机的模型建立和参数识别，磁链定向、电流和转矩控制，以及控制器的实现和优化等步骤，可以实现对永磁同步电机的精确控制。
这种控制方法具有高效、高性能的特点，在电力驱动和电动汽车等领域有着广泛的应用前景。
永磁同步电动机调速控制系统的设计
永磁同步电动机调速控制系统的设计永磁同步电动机（PMSM）是一种具有高效率、高功率密度和高性能的电动机，它在工业生产和民用领域中得到了广泛的应用。
与传统的感应电动机相比，PMSM具有更高的效率和精密的控制特性，因此在工业生产中受到了越来越多的关注。
为了实现PMSM的精准控制和高效运行，必须设计一套完善的调速控制系统。
本文将针对PMSM调速控制系统的设计进行详细的介绍和分析。
一、PMSM调速控制系统的基本原理PMSM调速控制系统的基本原理是通过调节电动机的输入电压和频率来控制电动机的转速和转矩。
在PMSM中，磁场是由永久磁铁提供的，因此它的转矩与转速呈线性关系，通过调节电动机的输入电压和频率，可以精确地控制电动机的转速和转矩。
PMSM调速控制系统通常由控制器和功率电子器件两部分组成，其中控制器负责生成控制信号，功率电子器件负责调节电动机的输入电压和频率。
1. 精准控制：PMSM调速控制系统需要具有高精度的控制特性，能够实现电动机的精确调速和精密转矩控制。
3. 抗干扰能力强：PMSM调速控制系统需要具有较强的抗干扰能力，能够在复杂的工作环境中稳定运行。
5. 系统稳定性好：PMSM调速控制系统需要具有良好的系统稳定性，能够长时间稳定地运行，不受外部干扰的影响。
1. 控制器的选择：PMSM调速控制系统的控制器通常选择DSP（数字信号处理器）或FPGA（现场可编程门阵列）作为核心控制单元，这些控制器具有较高的运算速度和精确的控制特性，能够满足PMSM调速控制系统的高精度和快速响应的要求。
2. 传感器的选择：PMSM调速控制系统通常需要选择适合的传感器来实现对电动机转速、转矩和位置的实时监测和反馈，常用的传感器有编码器、霍尔传感器等。
3. 电源模块的设计：PMSM调速控制系统的电源模块需要具有较高的功率密度和高效的功率转换特性，能够为电动机提供稳定的电压和频率输出。
5. 通信接口的设计：PMSM调速控制系统通常需要与上位机或其他设备进行通信和数据交换，因此需要设计适合的通信接口和协议。
永磁同步电机电流环
永磁同步电机电流环一、引言永磁同步电机是一种高效、高性能的电机类型，广泛应用于工业生产和家用电器中。
在永磁同步电机的控制中，电流环是一个非常重要的环节，它直接影响到电机的性能和效率。
因此，本文将介绍永磁同步电机电流环的相关知识。
二、永磁同步电机简介永磁同步电机是一种转子上带有恒定磁场的同步电动机。
其特点是具有高效率、高功率密度、低噪声和长寿命等优点。
由于其具有这些优点，所以在工业生产和家用电器中得到了广泛应用。
三、永磁同步电机控制方式目前，常见的永磁同步电机控制方式有FOC（Field Oriented Control）控制方式和直接转矩控制方式。
其中FOC控制方式被广泛应用于永磁同步电机的控制中。
四、FOC控制方式原理FOC控制方式是通过将三相交流信号变换成两个正交轴上的信号来实现对永磁同步电机进行控制。
其中一个轴称为d轴（磁轴），另一个轴称为q轴（转子轴）。
在FOC控制方式中，d轴上的电流控制永磁同步电机的磁通，q轴上的电流控制永磁同步电机的转矩。
五、永磁同步电机电流环在FOC控制方式中，电流环是一个非常重要的环节。
它用于控制永磁同步电机d轴和q轴上的电流。
其中，d轴上的电流用于控制永磁同步电机的磁通，q轴上的电流用于控制永磁同步电机的转矩。
六、永磁同步电机电流环实现方法实现永磁同步电机d轴和q轴上的电流控制有两种方法：PI控制和预测控制。
1. PI控制PI（Proportional-Integral）控制是一种基本的反馈控制方法。
它通过对误差进行比例和积分处理来产生输出信号。
在永磁同步电机中，PI控制可以通过调整比例系数和积分时间常数来实现对d轴和q轴上的电流进行精确可靠地控制。
2. 预测控制预测控制是一种基于模型的控制方法。
它通过对未来状态进行预测来产生输出信号。
在永磁同步电机中，预测控制可以通过模型预测d轴和q轴上的电流，从而实现对永磁同步电机的精确控制。
七、永磁同步电机电流环参数设置在实际应用中，为了使永磁同步电机能够达到最佳的控制效果，需要对电流环的参数进行合理设置。
永磁同步电机vf控制方法
永磁同步电机vf控制方法
一、电压调节器设计
电压调节器是永磁同步电机（PMSM）VF控制方法中的重要组成部分，其主要作用是调节输入到电机的电压，以实现电机的稳定运行。
电压调节器通常采用PI（比例-积分）控制器，通过调整比例和积分系数来调整电压调节器的输出。
在PMSM的VF控制中，电压调节器的设计主要关注的是调节精度和动态响应速度。
二、电流调节器设计
电流调节器是用于控制PMSM的电流，以实现电流的稳定和控制。
电流调节器通常也采用PI控制器，通过调整比例和积分系数来调整电流调节器的输出。
在PMSM的VF控制中，电流调节器的设计主要关注的是调节精度和抗干扰能力。
三、磁通量控制
磁通量控制是PMSM的VF控制中的重要环节。
磁通量的大小直接影响到电机的性能，因此需要对磁通量进行精确控制。
在VF控制中，通常采用磁场定向控制（FOC）的方法，通过调节电压和电流来控制磁通量的大小和方向。
四、转矩控制
转矩控制是PMSM的VF控制中的另一个重要环节。
转矩的大小直接影响到电机的输出能力，因此需要对转矩进行精确控制。
在VF控制中，通常采用转矩闭环控制的方法，通过调节电压和电流来控制电机的转矩。
五、转速控制
转速控制是PMSM的VF控制中的重要组成部分。
转速的大小直接影响到电机的运行状态，因此需要对转速进行精确控制。
在VF控制中，通常采用转速闭环控制的方法，通过调节电压和电流来控制电机的转速。
转速控制的精度和动态响应速度是转速控制器设计的关键因素。
双绕组六相永磁同步电机
双绕组六相永磁同步电机1.引言1.1 概述双绕组六相永磁同步电机是一种高效、低噪音、高性能的电机。
它采用六相绕组设计，具有较高的功率密度和扭矩密度，能够提供更大的输出功率和扭矩。
与传统的三相电机相比，双绕组六相永磁同步电机具有更好的控制性能和运行稳定性。
该电机的工作原理是利用永磁体产生的磁场与绕组中的电流相互作用，从而产生转矩。
其特点是转矩波动小、转速范围广、转子惯性低等。
同时，双绕组六相永磁同步电机还具有较低的损耗和较高的效率，能够在各种负载条件下稳定运行。
在应用领域上，双绕组六相永磁同步电机广泛应用于工业自动化、机床、电动汽车等领域。
其高效、高性能的特点使其成为替代传统三相电机的理想选择。
在工业自动化领域，双绕组六相永磁同步电机能够提供更高的转速、更大的转矩和更精确的控制，满足高速、高精度的生产需求。
在电动汽车领域，双绕组六相永磁同步电机能够提供更长的续航里程和更快的加速性能，提升了电动汽车的整体性能和竞争力。
总之，双绕组六相永磁同步电机是一种具有广泛应用前景和良好控制性能的电机。
随着科技的不断发展和需求的不断增长，双绕组六相永磁同步电机有望在更多领域发挥其优势，推动相关行业的发展。
1.2文章结构文章结构部分的内容如下：文章结构本篇长文主要探讨双绕组六相永磁同步电机的原理、特点、应用领域以及对其进行评价和展望。
文章分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们将对双绕组六相永磁同步电机进行概述，介绍其基本特点和工作原理。
同时，我们将明确本文的目的，阐述我们对双绕组六相永磁同步电机的研究意义和重要性。
在正文部分，我们将详细介绍双绕组六相永磁同步电机的原理和特点。
我们将探讨其独特的绕组结构和相位配置方式，以及其优越的性能表现。
同时，我们还将讨论其与其他类型电机的比较，并探索其在各个领域的应用前景和潜力。
在结论部分，我们将对双绕组六相永磁同步电机进行评价，并总结其优点和局限性。
同时，我们将展望双绕组六相永磁同步电机的发展前景，提出可能的改进方向和研究重点，以期推动该技术在未来的应用和发展。
基于STM32的永磁同步电机的控制(电流采样、波形参考)
2.2.1 2.2.2 2.3
空间矢量脉宽调制算法（SVPWM） ................................... 11 电压矢量与磁链矢量的关系 .................................... 12 基本空间电压矢量 ............................................ 13 任意空间电压矢量的合成 ...................................... 15 空间电压矢量扇区判断 ........................................ 18 空间电压矢量的时间计算 ...................................... 20
3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.3
功率驱动电路设计 ................................................ 27
3.3.1 3.3.2 3.4
MOS 驱动器 .................................................. 27 自举电源设计 ................................................ 27
III
目
录
第一章 绪 论............................................................ 1 1.1 1.2 引言 ............................................................. 1 伺服控制系统概况 ................................................. 1 伺服系统的发展 ............................................... 1 永磁同步电机伺服系统的发展 ................................... 2
永磁同步电动机调速控制系统的设计
永磁同步电动机调速控制系统的设计摘要：永磁同步电动机调速控制系统是现代工业中的重要组成部分，它能够实现电动机的高效、精确的调速控制，满足各种工业应用领域的需求。
本文介绍了永磁同步电动机调速控制系统的设计原理和方法，包括永磁同步电动机的原理和特点、调速控制系统的整体构架和关键部件、控制算法和调速策略等内容，并结合实际案例进行了具体分析和验证。
关键词：永磁同步电动机；调速控制系统；整体构架；控制算法；调速策略引言永磁同步电动机由于具有高效、高功率密度、小体积、快速响应等优点，已经成为工业领域中最受欢迎的电动机之一。
它在各种工业应用中得到了广泛应用，如风力发电、电动汽车、机械制造等领域。
永磁同步电动机的调速控制对于其性能和稳定运行至关重要，因此需要设计一个高效、精确的调速控制系统。
一、永磁同步电动机的原理和特点永磁同步电动机由定子和转子组成。
定子上有三相绕组，可以通过变频器提供三相交流电源。
转子上装有永磁体，通过永磁体和定子绕组之间的磁场相互作用来实现电动机的转动。
永磁同步电动机的工作原理是利用永磁体和定子绕组之间的磁场相互作用。
当给定定子绕组施加三相交流电源时，会在定子绕组中产生一个旋转磁场。
而转子上的永磁体也会产生一个恒定的磁场。
当这两个磁场相互作用时，就会产生电动机的转动力矩，从而实现电动机的转动。
永磁同步电动机具有高效、高功率密度、小体积、快速响应等特点。
它具有高效，因为永磁体本身具有较高的磁能密度，可以在较小体积内产生较大的磁场，从而实现高效的能量转换。
它具有高功率密度，因为永磁体本身具有较高的磁能密度，可以在较小体积内产生较大的磁场，从而实现高功率输出。
它具有小体积，因为永磁体本身具有较高的磁能密度，可以在较小体积内产生较大的磁场，从而实现小型化设计。
它具有快速响应，因为永磁同步电动机的转子上装有永磁体，可以实现快速响应和高动态性能。
1.调速控制系统的整体构架永磁同步电动机调速控制系统通常由传感器、控制器、功率器件等部件组成。
STM32F103_永磁同步电机_PMSM_FOC软件库_用户手册_中文版
永磁同步电机磁场定向控制 (PMSM FOC)软件库 V2.0
简体中文版
*本手册由优易特电子公司根据 ST 公司的 UM0492 文档，组织翻译而成，仅为方便用户学习 使用，如有错误，请以英文原稿为准。 *优易特电子技术支持邮箱：uet@
2 无传感器 FOC 的永磁电机介绍 ................................... 10
2.1 永磁同步电机磁场定向控制驱动器简介................................................................. 10 2.1.1 永磁电机结构................................................................................................. 11 2.1.2 永磁同步电机基本方程................................................................................. 12 2.1.3 SM-PMSM 磁场定向控制（FOC）.................................................................... 13 2.1.4 IPMSM 的最大转矩电流比（MTPA）的控制 .................................................. 14 2.1.5 前馈电流调节................................................................................................. 16 2.2 无传感器的转子位置/速度反馈简介....................................................................... 17 2.3 弱磁控制简介 ............................................................................................................ 18
三相永磁同步电动机变频调速系统设计
三相永磁同步电动机变频调速系统设计运动控制系统课程设计题目：三相永磁同步电动机变频调速系统设计专业班级：自动化姓名：学号：指导教师：摘要本论文在研究永磁同步电动机运行原理的基础上详细讨论了其变频调速的理论而且设计了一套基于DSP的永磁同步电动机磁场定向矢量控制系统。
永磁同步电动机相对感应电动机来说具有体积小、效率高以及功率密度大等优点，因此自从上个世纪80年代，随着永磁材料性能价格比的不断提高，以及电力电子器件的进一步发展，永磁同步电动机的研究也进入了一个新的阶段。
由于永磁同步电动机自身具有比感应电动机更为优越的性能，而且其dq变换算法相对简单、电机转子磁极的位置易于检测，因此交流调速的矢量控制理论在永磁同步电动机的控制领域也得到了同样的重视，有关永磁同步电动机矢量控制研究的成果陆续发表。
本文就是应用电压矢量控制SVPWM实现对永磁同步电机的转矩控制，使其拥有直流电机的性能。
关键词：永磁同步电机矢量控制 dq变换 DSP目录1 绪论............................................................................................................. (1)1.1 研究背景与意义 (1)1.2 研究现状及应用前景 (1)2 永磁同步电机的矢量控制方法 (3)3 硬件电路设计 (4)3.1 电流检测电路 (4)3.2 转速检测和转子磁极位置检测电路 (5)3.3 PWM发生电路 (6)3.4 IPM智能功率模块驱动电路 (7)3.5 系统保护电路 (8)3.6 人机接口电路 (9)4 软件设计............................................................................................................. . (9)设计心得............................................................................................................. .. (12)参考文献............................................................................................................. .. (13)1 绪论1.1 研究背景与意义众所周知，电动机是以磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置。
永磁同步电动机驱动系统数字PI调节器参数设计
Tif
=
s2
ω2n + 2ξωn s +ω2n
(6)
其中
ξ=
1 2
1 K Tsf
(7)
按照二阶系统最优的指标 ,令ξ= 0. 707 ,则由
式 (7) 可算出相应的环路增益 K = 1/ (2 Tsf ) , 再根
据各环节的放大倍数 , 即可确定增益 Kp 。又因为 τc 等于 TL ,所以电流控制器的参数就确定了 ,即 :
方程式 ,整理得出永磁同步电动机在 dq 轴上两
个分量的定子电压方程式 :
Vd
Rs 0
=
Vq
0 Rs
Id
p
Iq + ωr
- ωr Ψd p Ψq
式中 :V d ,V q 为定子电压矢量的 d , q 轴分量 ;ωr
作者简介 :董恒 (1983 - ) ,男 ,在读硕士 , Email :dongheng2006 @126. com
本文根据经典的 PI 调节器工程设计方法 ,结 合数字控制系统的特点 ,针对电流环和速度环的 高性能设计要求 ,在设计 PI 参数过程中 ,充分考 虑环宽 、采样周期 、电机时间常数 、调节器参数以
及它们彼此之间约束条件等各类问题 ,给出了一 种针对数字永磁同步电机双闭环控制系统的 PI 参数设计技术 ,有效避免凭经验整定或试凑带来 的不便 ,并通过实验进行了验证 。
EL ECTRIC DRIV E 2009 Vol. 39 No . 1
电气传动 2009 年 第 39 卷 第 1 期
永磁同步电动机驱动系统数字 PI 调节器参数设计
董恒 ,王辉 ,黄科元 (湖南大学 电气与信息工程学院 ,湖南 长沙 410082)
基于DRV8332的永磁同步电动机驱动控制器设计
ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｄｒｉｖｅ，ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｖｅ ｍｉｃｒｏ ｄｒｉｖｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＳＰ ａｎｄ ＤＲＶ８３３２ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｔｈｅ ＤＳＰ—ＴＭＳ３２０Ｆ２８０６９
ｗａｓ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ＤＲＶ８３３２ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｄｒ ｉｖｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｈｉｐ，ｗａｓ ｕｔｉｌｉｚｅｄ
邵
霉
０ 引 言
开关 器件 的通 断 ，将 输 入 的 直 流 电源 变 换 为 驱 动永 等
季 磁 同步 电动机 所需 的三 相 交 流 电源 ，为 电机 运 动 提
近 年来 ，随着 电力 电子技术 、控 制理 论 和现代 永 供 电 能 。本 文 设 计 了基 于 ＤＳＰ－ＴＭＳ３２０Ｆ２８０６９和 吴
ｗｉｔｈｉｎ ±１ ｒ／ｍｉｎ．ａｎｄ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ ｗａｓ ±０．０２５ Ａ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅ－
ｓｉｇｎｅｄ ｄｒｉｖｅｒ ｈａｄ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｇｏｏｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｈｉｇｈ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｏｎｇ ｕｎｉｖｅｒｓａｌｉｔｙ． Ｔｈｅ
ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ａｎ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｄｒｉｖｅｒ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ｗｉｄｅｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｓｍａｌｌ ａｎｄ ｍｅｄｉｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｅｒ ｍ ａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ
永磁同步电动机调速系统PI控制器参数整定方法_王莉娜朱鸿悦杨宗军
e——电机的电角速度； m ——电机的机械角速度， m = e / p；
p ——极对数； K t ——转矩常数； J ——转动惯量； B——摩擦系数； TL ——负载转矩。
将式（1） ～式（3）进行拉普拉斯变换，得 PMSM 的解耦模型为
Gc_pmsm ( s ) iq ( s ) uq ( s ) 1 sL R
耗；③转子上无阻尼绕组，永磁体不计阻尼作用； ④相绕组中感应电动势波形是正弦波。对于面贴 式
106
电 工 技 术 学 报
2014 年 5 月
考虑开关延迟、死区时间和数字控制延时，将 其共同影响等效为一个延迟环节 e
sTd
[10]
图 1 内环为电流环，其中，不仅存在电流反馈
。由于
iq ( s )，还包括反电动势反馈 E ( s ) ，但由于电流环的调
2.3 滤波器模型
（ 8）
（ 13 ） 式中， 和
* cc * cm
应满足
* Gc_oL ( jcc ) 1
电流反馈经二阶巴特沃斯滤波器，传递函数为
（ 14 ）
（ 15 ）
Gcf ( s )
式中
2 cf 2 s 2 2cf s cf
（ 9）
* * Gc_oL ( jcc ) () ≥ cm
永磁同步电动机调速系统pi控制器参数整定方法北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191摘要针对永磁同步电机pmsm调速系统基于pmsm调速系统的频域模型推导出了电流和速度pi控制器参数的解析计算式推导过程考虑了逆变器死区延时反馈滤波器及其他非理想因素的影响并结合工程实际明确界定了电流环和速度环的开环截止频率和相位裕度的合理取值范围
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消除稳态误差 ,将误差信息 y = y 3 - y 引入状态变
量 ,构成状态方程为
xn = Axn + Bun
(5)
式中 A =
A C
0 B = 0
B 0
xn = i
y
un = u
ud
uq
考虑到电动机的机电时间常数远大于电流环的
时间常数 , 在 1 个采样周期内 , d ef / d t = 0 。设线性 状态反馈增益矩阵为 K ,则有 un = Kxn 。根据闭环 控制系统理论 , 利用状态反馈矩阵 K , 可以任意配 置系统传递函数的极点[3 ] ,并且系统应满足[ 4 ] : ①A
V 3 ( k) Ts = V (1) T1 + V (2) T2
(13)
式中 Ts 为电流环的采样时间 。 T1 与 T2 分别为 V (1) 和 V (2) 的作用时间 , 图 3 为电压矢量调制脉
冲波形 , 其中 T1 , T2 以及参考零电压矢量的时间
T0 计算如下 :
T1 =
3
Ts
T c
[
Ad
-
26
中 国 电 机 工 程 学 报 第 20 卷
Ac ] 。此时再回到式 (5) ,有
un = Kxn = FW = F [ P - H ] T - 1 xn (10)
即 K = F[ P - H] T- 1
对通常的四阶系统 , 理想的极点分布为 2 个负
00
1 Bc = 0
0 0
0 H =
0
01
a11
0
a21 b11/ b22 0
a12 b22/ b11 a22
I0 F=
0I
继续作变量代换 , V = pz ,代入式 (7) ,有
z = ( Ac + Bc P) z = A dz
(9)
因为有 B TcBc =
I ,所以从 (9) 式解得
P
=
B
本文根据状态反馈控制理论针对内置式永磁同 步电动机的电压方程提出一个新的电流控制策略 。 它有 2 个主要技术改进 :首先 ,考虑了电流误差的补 偿和瞬态响应 ,根据多输入多输出 ( M IMO) 的闭环 控制系统的极点配置原则设计状态反馈控制规则 , 设计中将 IPMSM 的感应电势 ef 当作干扰信号 ,电 流误差被引入状态变量构成新的状态方程 ,以利于 减小稳态误差 ;同时把积分型前馈补偿器混合在控 制规则中 ,以消除闭环系统的静态误差 。
BcV
(7)
多输入多输出系统的可控性矩阵 Mc 为
Mc = [ b1 Ab1 b2 Ab2 ]
(8)
由式 (7) 、(8) 可以导出 T , H , Ac 和 Bc 为[5 ] :
0 b22 0 0
0100
00 T=
b22 0
0 0
b11 0
Ac =
0 0
0 0
0 0
0 1
0 0 b11 0
0000
实根 p1 , p2 ,和 1 对负实部的共轭复根α±βj ,因此
0
1
0
0
- (α2 +β2) 2α 0
0
Ad =
0
0
0
1
求出
0
0 - p1 p2 p1 + p2
K=
L q(2α- a11)
ωL d
- L q(α2 +β2)
0
- ωL q L d( p1 + p2 - a22)
0
L d p1 p2
= [ K1 K2 ]
2 线性 MIMO 状态反馈控制
已知永磁同步电动机在 d , q 坐标系下的电压 方程为
ud = Rsid + L d p id - ω L q iq uq = Rs iq + L q p iq + ω L d i d + ef 式中 u d , uq 为永磁同步电动机 d - q 轴的电压 ; i d , iq 为永磁同步电动机 d - q 轴的电流 ; L d , L q 为 d - q 轴的电感 ; p 为微分算子 ;ω为永磁同步电动 机的电角速度 ; ef 为转子永磁体产生的感应电势 ef = ωΨf ; Ψf 为转子永磁体产生的磁链 ,是一常数 。 将上式用状态方程表示为
|
V 3 ( k) | V dc
sin
(
π 3
-
α)
(14)
T2 =
3
Ts
|
V 3 ( k) | V dc
π sin 3
(15)
T0 = Ts - ( T1 + T2)
(16)
式中 V dc为直流母线电压 。
图 2 电压矢量调制脉冲波形 Fig. 2 Space voltage vector diagram
滞环电流控制器的基本工作原理是 :电动机电 流与参考电流在滞环电路中进行比较 ,输出直接驱 动功率开关器件 。滞环电流控制器的瞬态响应快 , 鲁棒性也比线性电流控制器好 ,而且逆变器的开关 频率能够自动适应电动机的特性和运行状况 。但由 于开关频率随转速不同而改变 ,所以当频率落在音 频范围时 ,会产生的噪声 。基本的滞环电流控制器 通常可用 3 个独立的比较器标准集成电路构成 ,由 于相位间的交互串扰 ,电流的纹波可达到 2 倍的滞 环带宽 。改进的滞环电流控制器采用固定或近似固 定的开关频率 ,这样可改善滞环电流控制器的性能 , 但电路却变得比较复杂 。
最后返回到永磁同步电动机状态方程的原变
量 ,得到控制规则
∫ ∫ u = und t = K1 i + K2 ( y - y0) d t
(11)
即
∫ ud
id 0 0
uq
= K1 iq
+
0
ω
0 Ψf + K2
i
3 d
-
id
i
3 q
-
iq
dt
(12) 根据式 (12) , 可形成电流环的控制结构框图如 图 1 所示 。
第 20 卷 第 12 期 2000 年 12 月
中 国 电 机 工 程 学 报 Proceedings of t he CSEE
Vol. 20 No. 12 Dec. 2000
文章编号 :025828013 (2000) 1220024204
永磁同步电动机的高性能电流控制器
万文斌1 , 徐衍亮2 , 唐任远2
(1. 合肥工业大学电机系 ,安徽省 合肥市 230009 ; 2. 沈阳工业大学特种电机所 ,辽宁省 沈阳市 110023)
HIGH PERFORMANCE CURRENT CONTROLL ER FOR PERMANENT MAGNET SY NCHRONOUS MOTOR
WAN Wen2bin1 , XU Yan2liang2 , TAN G Ren2yuan2 (1. Hefei U niversity of Technology , Hefei 230009 ,China ; 2. Shenyang Polytechnic U niversity ,Shenyang 110023 ,China)
z = T - 1 A Tz + T - 1 B u n = T - 1 A Tz + T - 1 B FW (6) 由式 (6) 可以看出 F = I 。再令 W = V - Hz ,
其中 H 是 m 3 n 维矩阵 ,代入上式得
z = [ T - 1 A T - T - 1 B F H ] z + [ T - 1 B F ] v = Acz +
id
a11 a12 i d
=
+
iq
a21 a22 iq
b11 b12 u d
b21 b22 u′q = Ai + B u
(1)
y = Ci
(2)
式中 a11 = - Rs/ L d ; a12 = ωL d/ L q ; a21 = - ωL d/
L q ; a22 = - Rs/ L q ; b11 = 1/ L d ; b22 = 1/ L q ; b12 = b21
第 12 期 万文斌等 : 永磁同步电动机的高性能电流控制器
25
算量大 ,超前电流控制相对比较复杂 ,需要高速的数 字处理器 。它的控制精度很大程度上取决于电动机 模型的准确性 ,其鲁棒性也常受电动机参数误差和 电源电压波动的影响[1 ] 。
近几年来 ,内置式永磁同步电动机 ( IPMSM) 传 动应用越来越广泛 。IPMSM 具有不同的交直轴电 感 ,不仅可以利用其磁阻转矩 ,也可以方便地进行大 直轴电感设计以利于弱磁扩速运行[2 ] 。
和 B 阵完全可控) ; ② A B 是非奇异矩阵 。对于 C0
本系统的状态方程 ,容易证得以上条件均满足 。
直接计算状态反馈矩阵 K 很麻烦 ,因此下面利
用矩阵理论 , 通过线性变换间接导出反馈矩阵 K。
令 xn = Tz , un = FW , T 是 n 3 n 维的可逆矩阵 , F 是 m 3 m 维可逆矩阵 ,代入式 (5) ,即得
关键词 :状态反馈 ; 多输入多输出 ;空间电压矢量脉冲宽度 调制
中图分类号 : TM343. 2 文献标识码 :A
1 引言
在电动机的 PWM 变频调速中 ,电流控制器的 研究始终是一个被注重的领域 。目前常用的电流控 制器基本上分为 3 类 :线性电流控制器 、滞环电流控 制器和超前电流控制器 。