浅谈永磁同步电机伺服控制系统

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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。

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

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

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。

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。

永磁同步电动机伺服系统的直接反馈线性化控制

（ｎｅｎｏａＵｉｒｉｆｅｈｏｏｙＨｈｈｔ０６，ｈｎ）ＩｎｒＭｏｇｌｎｖｓｙｏｃｎｌ，ｕｅｏ０２ＣｉａｉｅｔＴｇｅ１０
摘要：应用一种非线性控制方法一直接反馈线性化理
馈，可以把非线性系统化为线性系统。文献［、］２３采用逆系统理论研究了这一问题，目前还仅限于但
ｗｈｃａｏｌｅｒｃｎｒｌｍｅｈｄ．ｓｅｌｙｄｔｏｔｏｉｈｗｓａｎｎｉａｏｔｔｏｗａｍｐｏｅｏｃｎｒｌｎｏＰＭｎｔｉｐｐｒＴｅａｐｏｒｔｃｏｄｎｔｒｎｆｒｔｎＭＳｉｈｓａｅ＋ｈｐｒｐａｅｏｒｉａｅｔａｓｏｍａｉｉｏａｄｎｎｉｅｒｓａｅｆｅｂｃｒｂａｎｄｂｉｅｉａｉｅｏｎｏｌａｔｔｅｄａｋｗｅｅｏｔｉｅｙＬｅｄｒｔｓｆｒｎｖｖｏｔｕａｉｂｅ，ｔｈｃｈｎｕｕｐｔｒａｌｗｉｗｉｈｔｅｉｐｔ—ｏｔｕｆＰＭｙｔｍｖｈｕｐｔｏＭＳｓｓｅ
维普资讯
驱制
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饭持电棚２６第２０年１０期
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电流源型逆变器供电的电机；文献［、］４５应用微分

永磁同步直线电机伺服控制系统设计

处理器位置检测
ＰＳＭＬＭ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ＰＳＭＬＭ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（ｅｍａｅｔｇｅｉｅｒＳｎＰｒｎｎＭａｎｔＬｎａｙ —
Ｋｅｗｏｒ：ｒａｅｔａｎｔｌｎａｙｎｈｏｏｙｄｓＰｅｍｎｎｇｅｉｅｒｓｃｒｎｕｓｍ
ｍｏｏＳｒｏｓｓｅｔｒｅｖ－ｙｔｍＤｉｉｌｓｇａｒｃｓｏＰｓｔｎｇｔｉｎｌｐｏｅｓｒａｏｉｉｏｄｔｃｉｎｅｅｔｏ
数字信号
中图分类号：ＴＭ３１文献标识码：５ＡＤＯＩ编码：０３６／．ｓ０６２０．０２０．０１．９９ｊｉｎｌ０・８７２１．２０８ｓ
Ａｂｓｒｃ：Ｌｉｅｒｍｏｏａｂａｎｌｎａｏｉｎｔａｔｎａｔｒｃｎｏｔｉｉｅｒｍｔｏｃｍｐｒｄｗｉｈｏａｙｍｏｏ，ｅｍａｅｔｍａｎｔｌｅｒｏａｅｔｔｅｒｔｒｔｒｐｒｎｎｇｅｉａｈｎｓｎｈｏｏｓｍｏｏｓａｌｏｄｉｅｄｒｃｌｈｑｉｍｅｔｙｃｒｎｕｔｒｉｂｅｔｒｖｉｅｔｔｅｅｕｐｎｙｗｈｒｉｅｒｍｏｉｎｉｅｕｒｄｏａｑｒｈｅｌｍｉｄｅｅｌｎａｔｏｓｒｑｉｅ，ｔｃｕｉｅｔｉｔｅｃｎｒｌａｌｉｐａｅｎ．ｋｎｆｄｓｇｒｇａｏｏｔｏｌｂｅｄｓｌｃｍｅｔＡｉｄｏｅｉｎｐｏｒｍｆｐｒａｅｔｍａｎｔｌｅｒｓｎｈｏｏｓｍｏｏｅｖ —ｙｔｍｅｍｎｎｇｅｉａｙｃｒｎｕｔｒｓｒｏｓｓｅｎｗａｒｅｕｎｔｉａｅ，ｈｓｓｌｓｏｄｔａｈｓｗｏｋｄｏｔｓｐｐｒｔｅｔｔｅｕｔｈｗｅｔｅｉｈｅｒｈｔ

永磁同步直线电动机位置伺服控制系统设计

绍了该系统用模糊神经网络的控制方法来提高系统的动态响应和跟踪精度，采用动态结构的算法，并在学习过程中
动态地改变神经网络规则层节点数，不断优化控制性能。实验结果表明，该位置伺服控制系统具有超调量小、位定
精度高的优点。
关键词：永磁同步直线电动机；模糊神经网络；动态结构
ｕｅｌｙｒｗｅｅｄｙａｃｌｙｃａｇｄｔｏｔｎｔｙｏｉｚｏｔｏｅｆｒｎｃｎｔｅｒｎｇｐｒｃｓｒｌａｅｒｎｍｉａｌｈｎｅｏｃｎｓａｌｐｔｉｅｃｎｒｌｐｒｏａｅｉｈｅｌａｎｉｏｅｓ．Ｅｘｅｉｍｍｐｒｍｅｎａｅｕｌｓｔｒｓｔｌｓｏｔｔｔｏｉｉｎｓｒｏｃｎｒｌｓｓｅｈａｈｄｖｎｔｇｆｓｌｌｒｏｅｓｏｔｎｄｈｉｈｒｐｒｃｓｏｈｗｈａｈｅｐｓｔｏｅｖｏｔｏｙｔｍｓｔｅａａａｅｏｍａｅｖｒｈｏｓａｇｅｅｉｉｎ．Ｋｅｙｗｏｒｓ：ｄＰＭＬＳＭ；ＦＮＮ；ｎｍｉｔｃｕｅｄｙａｃｓｒｔｒｕ
Ｌ／Ｈａｉｏ，－ｂＬＩＣａｉｉ－ｌｎ
（ｕｌｎｖｒｉｆｌｃｏｉＴｃｎｌｇ，ｕｌ４４ＣｉａＧｉｎＵｉｓｙｏｅｔｎｃｅｈｏｙＧｉｎ５０，ｈｎ）ｉｅｔＥｒｏｉ１０
ＡｂｔａｔＡｏｉｏｅ，ｃｎｒｌｓｓｍａｅｉｎｄｔｍｐｏｅｔｅａｅｒｔｒｃｉｇｐｒｒｎｅｏｅ —Ｙｔｂｅｓｒｃ：ｐｓｉｎｓｎ０ｏｔｏｙｔｗｓｄｓｇｅｏｉｒｖｈｅｕａｅｔａｋｎｅｏｍａｃｆｔｔｅｆｈｌａ

永磁同步电机控制系统结构原理

永磁同步电机控制系统结构原理
永磁同步电机控制系统由以下几个主要部分组成：
1.传感器：用于测量电机的运行参数，如转速、电流、电压等。

常用的传感器
包括转速传感器、电流传感器、电压传感器等。

2.控制器：根据传感器测量的数据，计算出电机的控制信号。

控制器的类型有
很多，常用的控制器包括矢量控制器、直接转矩控制器等。

3.执行器：将控制器的控制信号转换为电机能够接受的形式。

常用的执行器包
括逆变器、电机等。

永磁同步电机控制系统的结构原理如下：
●传感器测量电机的运行参数。

●控制器根据传感器测量的数据，计算出电机的控制信号。

●执行器将控制器的控制信号转换为电机能够接受的形式。

●电机根据执行器输出的控制信号进行运行。

永磁同步电机控制系统可以实现电机的速度、转矩、位置等参数的控制。

控制系统的性能将直接影响电机的运行性能和效率。

永磁同步电机控制系统的控制策略有很多，常用的控制策略包括：
●矢量控制：将电机的转子坐标系转换为定子坐标系，并在定子坐标系下进行
控制。

矢量控制具有良好的控制性能，可以实现电机的快速、精准控制。

●直接转矩控制：直接对电机的转矩进行控制。

直接转矩控制具有较高的控制
速度，可以实现电机的快速响应。

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浅谈永磁同步电机伺服控制系统摘要：
伺服控制系统在工业领域的各个方向都具有十分广阔的应用空间，如自动适
应控制、模糊控制及鲁棒制止等。

本文主要阐述了永磁同步电机伺服系统的应用
现状，将其分为控制闭环调节器、控制电机自身与模糊控制等三个方面。

通过分
析控制方案特点与研究结果，可以推动伺服控制技术的未来发展。

关键词：永磁同步电机伺服系统；发展现状；工作原理；
交流伺服技术是各种先进设备的重要组成部分，进步空间较大。

相比于传统
的绕线式感应设备，永磁同步电机的具有简便性特征，机械结构相对简单，功率
损耗较小，反应速度较快，整体功能的稳定性较强，应用空间较为广泛，且具有
相对较强的精确性。

一、永磁同步伺服控制系统分析
（一）伺服系统概述分析
伺服系统是指被控制对象根据目标信息执行的动作或者指令组成的体系。

伺
服系统需要严格执行相关命令，实现信号转换与信号控制功能，建立拥有信号反
馈的闭环控制机制。

伺服系统主要包括伺服电机、机械运动系统、速度检测装置、数字控制器、电源、接口及保护体系等部分组成。

（二）伺服控制系统设计分析
永磁同步电机具有非线性、强耦合性特点，比较容易达成PID控制从程序，
难以实时在线调整系统的相关参数信息。

若使用场合对系统的速度及精确程度要
求较高，需要使用PID控制器获得理想的控制效果。

在电机伺服控制系统中，电
机的方位及速度信息都来自于光栅编码器，需要根据位置调节器控制电机的具体
方位信息。

需要根据位置环的输出实现给定速度环，运用电机进行电流转换，有
效控制两个不同的直轴分量。

二、永磁同步电机控制策略发展现状分析
首先，永磁同步电机的发展速度较快，具有敏感的感应组织和磁能积组织，
能够在电机中发挥重要作用。

由于电机中含有较为特殊的原料，对于气温变化较
为敏感，容易生锈，需要对其进行二次管理，确保电机功能的连续性与可靠性。

大多数永磁原料的温度可以达到两百度以上，能够满足社会发展的最基本要求。

其次，电机本身属于电力电子技术，能够帮助完成强弱电之间的转换任务，
是功能切换的重要纽带。

交流伺服机制中包括控制压频、控制磁场定向问题、控
制解耦问题及控制直接转矩问题等。

再次，相比于传统的电机，永磁同步电机的结构更为简单，但仍然有一些设
计缺陷。

因此，需要得到更好的调节器控制功能，增强交流伺服系统的功能性，
实现有效控制目标。

另外，为了增强控制效果，需要使得交流伺服系统运用在闭环控制体系中，
获取电机运动速度、转子位置信息等。

常见方法有安装检测速度传感器装置及光
电编码器装置等。

直接安装传感器将会引发较大麻烦，如伺服产品成本增加等。

由于同心度不同，将会导致转子的地位发生改变，连接线缆的数量增加，导致整
个体系都处于易受干扰状态，降低了整个体系的稳定性。

同时，电机面积增加将
会受到运动、潮湿及温度等多种因素的影响。

为了克服此类缺陷，需要探索无位
置及速度传感器伺服体系。

通常情况下，无速度传感器控制方案主要有三种类型，分别是根据观测器模拟的闭环运算过程、根据电动机理想特征的计算过程、根据
永磁同步电机的数值模拟计算过程等。

最后，模拟控制对象具有多样性，如群体或个体、清晰或模糊、单个或多个、快速或落后的对象等。

为了准确建造数学模型，需要使用模拟控制方案。

控制对
象的难度较高，范围逐渐扩大，使用原有的控制机制难以满足当前的要求，需要
使用模糊控制机制，顺应当前电机伺服系统的成长趋势。

模糊控制体系需要模拟
人类的思维模式，使用模糊规则控制方案，根据现场操作人员的经验及知识，使
用语言形式控制方案，运用不依赖于系统的精确的数学模型，完成模糊规则与模
糊逻辑推理工作。

在现场操作过程中，可以不断学习现场操作经验，使用模糊性
的数学语言变量及逻辑思维方案，加快计算机技术的实施进程。

三、永磁同步电机伺服控制系统的结构与工作原理分析
永磁同步电机伺服控制系统包括位置控制器、速度控制其、电流控制器、电
压型PWM逆变器及SM组成，需要反馈系统的速度、位置及信号信息，使其运输
到各自指令位置处。

永磁同步电机位于转子内部，结构相对简单，机械强度较高，耗费的制造成本较少。

转子表面呈现出硅钢片结构，表面损耗较小，工作效率较高。

永磁同步电机的等效间隙较小，气隙密度相对较高，可以适用于弱磁控制过程。

永磁体的形状及配置的自由度较高，转动惯量相对较小，可以使用磁阻转矩，有效提高电机的工作效率与转矩密度。

此外，可以使用转子的凸极效应控制无位
置传感器的启动与运行过程。

伺服系统对于永磁同步电机的主要要求有响应及时、转矩波动较小、调速范围较宽、工作效率较高、转矩密度较大等。

因此，在设计
永磁同步伺服电机时需要充分考虑此类要求，确保系统维持正常工作状态。

永磁
同步伺服电机的方向交变，波动过程具有周期性，波动频率与转子极数密切相关。

同时，转矩波动幅度大小和永磁体的性能、磁极、卡槽形状及铁心材料等特点相关，需要根据实际情况确定。

由于存在定位转矩，电机绕组问题与通电与否没有
关系，但其幅值大小与电流大小相关。

基于电流解耦的永磁同步电机伺服系统主要包括位置环、速度环、电流环控
制单元、解耦控制单元等几个部分，需要获取电机转子位置、转速检测信息及信
号处理单元等多方面信息，了解坐标变换单元及三相逆变单元特点。

基于三相交
流控制的永磁同步电机伺服系统包括位置控制器、速度控制其、三相交流坐标变
换装置、电流控制器、电流传感器、角度传感器等各个部分。

结束语：
综上所述，随着现代社会的快速发展，伺服系统的成长面临着更加严峻的挑战，发展前景十分广阔。

为了推动永磁同步电机的发展，需要保证该体系的安全
性能，改善当前的研发条件，坚持持续改造与创新。

为了满足社会的多种需求，
需要了解永磁同步电机的各种控制方向，增强伺服系统的总体功能特征。

当前，永磁同步电机控制机制位于多方位的研究领域中，需要向着多个方向加深研究，给电机成长提供更好的条件。

参考文献：
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[3]陈强,陶亮,南余荣,董方.基于扩张状态观测器的永磁同步电机滑模变结构位置伺服控制[J].新型工业化,2015,5(08):17-25.。