带编码器的永磁同步电机
采用磁编码器实现电机转速与位置检测方法
采用磁编码器实现电机转速与位置检测方法《御&控{舔国羲采用磁编码器实现电机转速与位置检测方法引言全数字化是伺服驱动技术发展的必然趋势,而编码器到伺服驱动单元的数字化连接接口是全数字化伺服驱动技术的重要标志之一.伺服永磁同步电动机(PMSM)近几年来在伺服驱动系统中得到了广泛的应用.伺服永磁同步电动机需要精确的转子磁极位置实现磁场定向和准确的速度反馈进行控制.目前检测转子位置的方法有两类:无传感器技术和传统的机械传感器控制.无传感器技术是近几年研究的热点,主要是利用电机绕组中相关的变量如定子电压,定子电流等,来估算转子的位置和速度_】l,此法虽然省掉了机械传感器,但是该法存在计算量大,不能满宽范围调速要求,对电机的结构有要求等问题,影响了它的应用范围.而传统的方法多采用光电编码器,该方法精度很高l2】,但由于采用的发光元件,其寿命不长,成本高.本文采用一种新型磁编码器对永磁同步电动机转子速度和位置进行检测,实深圳航天技术创新研究院漆亚梅李铁才摘要:针对采用磁编码器作为电机位置检测问题,介绍了磁编码器工作原理和输出模式,及电机转子速度和转子位置测量的几种方法,并在基于DSP~tJPMSM控制系统中进行了实验研究.其研究结果表明:该磁编码器能高精度的,同时完成速度和位置全数字反馈控制,且性价比较高.关键词:磁编码器PMSM转速检测转于位置检测现了高精度的,同时完成速度和位置全数字反馈控制,且性价比较高.磁编码器工作原理编码器的设计采用了无接触磁编码器芯片AS5040.该芯片是一款世界上最小的l0位多输出旋转磁性编码器集成电路将现场传感霍尔元件,A/D转换,数字信号处理和输出接口集成到单个芯片.因此省去许多磁编码器的外围设备,使其体积给小,成本更低,并且由于采用了无接触传感,因而可以完美的应用于油,灰尘,温度变化大等工况【3】.编码器实物图片如图1所示.编码器工作原理:在芯一片上固定一图1磁编码器实物图片个可产生正弦磁场的两极磁钢,使其围绕芯片中心旋转即可测量角度,可通过磁体的360度旋转探测l024个绝对位置,测量分辨率可达l0位,可测最高转速l0000转/分,可以同时提供增量输出和绝对数出.并且提供了正交编码A/B输出,单通道输出和针对一对或两队极直流无刷电动机U一,厂一w三种不同的增量输出模式,可根据需要通过OTP进行配置;同时还提供了绝对位置数据同步串行接口(SSI),与角度成正比的工作周期PwM输出,提供可编程的起始位置和标记过零信号.该器件能够允许磁场为校准和偏磁,并具有故障自诊断功能,因此其测量精度和可靠性都很高,测速范围宽,能在恶劣环境下工作,与相同分辨率的光电编码器相比,成本只是光电编码器的几分之一3.测速原理与方法转速测量选用磁编码器模式1的增量输出,即将其配置成正交编码A/B模式,该模式下随着电机旋转产生与转速成正比相位差90的正交编码脉冲输出A/B及index信号理想波形,如图2所示,电机每旋转一周indeX输出～ServoControl49智能检测个脉;中,而A/B输出256个脉冲.转子的正反转可以根据A,B两路脉冲信号的相位先后来判断,转速可由如图2方法计算得出.r_1厂]f_]广]-『_]厂]厂]几厂_1厂]r-1:厂]厂]厂一n!:f_]广]图2正交编码A/B及index输出对符号假定时钟频率为f,磁编码器每转脉冲数为N,倍频系数k,n为转速,最大误差率,T为时间间隔,M1在T内对编码器脉;中计数值,M2对时钟脉冲计数值(见图37.(a)M法测速原理(b)T法测速原理(c)M/T法测速原理图3各种测速法原理"M法'铡速通过测量一段固定时间间隔的编码脉冲数来计算转速,适用于高速场合如图3(a)转速为:60M.n—(1)七xN×T相对误差率:==嘉x100%%(2)"T法'0速通过测量编码器相邻脉冲时间间隔来计算转速,适用于低速场合,当速度较高时其准确性较差.由图3b)可得到:60f—k~N—~M(3)2相对误差率:‰=等=×l00%(4)ax×0o%(4)"M/T法'测速"M/T法"测速是上面两种方法的结合,同时测量一定个数编码器脉;中和产生这些脉;中所花的时间,在整个速度范围内都有较好的准确性,但对于低速,该方法需要较长的检测时间才能保证结果的准确性,无法满足转速检测系统的快速动态相应指标.针对于此有提出了变"M/T法"测速法,即M1是可变化的,随着转速的降低M1 将降低,以提高其实时性要求【.如图3(C)为M/T法测速原理,可得转速:6O.k×(5)xNM,J,相对误差率:~max=-An=×l00%(6)×0u%(6)磁编码器转子位置检测同步串行接R(ss1)输出绝对位置当CSn由逻辑高电平变为逻辑低电平时,数据输出(DO)将由高阻态变为逻辑高电平并开始读出数据.数据在时钟信号第一个下降沿来临时写入转换寄存器,每个后续时钟信号上升沿来临时输出一位数据.连续字节包^竺^竺^!:^!^!^l竺^!:角位置数据状态位图4同步串口输出时序图50SewoControlr———一括16位,头1O位是角度信息D【9:0],后续的6位为系统信息,用于校验数据.其中,D9一DO为绝对角位置数据(最高有效位在第一个时钟信号之后).如图4所示.脉宽调制信号输出绝对位置可以输出一个频率为0.9756KHz的脉宽调制信号,其脉冲宽度与测量角度成比例:d-一1(7)t(+oE)…脉宽调制信号信号周期为l025微秒,最小脉宽为】微秒,对应位置为0,对应角度为O度;最大脉宽为1024微秒,对应位置l023,对应角度359.65度,精度可达0.35度.如图5所示,PWM的最小输出脉宽为1US..-_■●峨一..哪.....一...:;i………;'.…;.…:'■:?…;??,??…:?……!一?:? .…j…i,.一一..;...■.:....:....:...:....:....:....:...:….:..一,'—-_一—,——t—''….…''…'………'…..'''!…''一一.'一''.' ;….;…….;…0…;…0……0…..::::::::::''…d''…'图5脉宽调制信号的最小输出脉宽波形实验研究把磁编码器应用于基于TMS320LF2407A永磁同步电动机FOC控制系统的转子速度和位置中,图6基于TMS320LF2407A的永磁同步电动机FOC控制系统中转速和转子位置测量单元结构图(见图6).该在本系统中主要应用了TMS320LE2407A的EVA模块的捕获单元和正交编码电路,以及模数转换单元ADC.图6PMSM控制系统的转速和转子位置测量单元硬件结构图本方案采用M法.磁编码器的将每转产生的256个脉;中A/B正交信号被送入DSP的QEP1~DQEP2,由DSP的QEP正交编码电路自动利用脉冲的4个沿对输入的信号4倍频转换,可以使每转得到1024个脉冲.输入的4倍频脉;中存deX的输出实验测试波形,电机转子每旋转一周,A,B各输出256个脉冲,两相脉冲相差90.,indeX输出一个Jlg;~.模拟输出由PWM输出外接低通滤.j田了_帅,皿唧-■■-豫入到EVA中的TIME2的计数器T2CNT中,根据转向进行增减计数,转向可通过查询GPTCON寄存器I4位获得.i15一dex信号被送入捕捉CAP3,每当indeX发生跳变时,计数器对计数器T2CNT清零,以消除累积误差.根据M法测速算法进行软件编程即可实现速度检测.对于位置的检测,对磁编码器的脉宽调制信号进行变换,通过一个低通滤波器变成0～4.5V与转子位置角成正比的模拟信号直接给DSP的模拟输入ADCINO1,对其位置角进行检测.软件流程图如图7所示.图8,9为磁编码器增量A/B,in一一c—jnto……一……一一～一TM$320LF24047芯片初始化…一一一一…～…程序参数初始亿}………ADC初始化程序～,一Z…一…EvA初始化程序…一!一……中断允许(int2)l～一一一一…主程序循环初始化速度检测子程序.一一!…一一一一,～启动AID转换程序一I■.IlNT2 …～一…一一,结束图7主程序流程图!譬:■:-:::蔓'}??--?:::一'B'…j…:..…'…''…d'叠矗图8正交A和index输出波形图一1哼己_kH圈姗16己kHzt,■●■-■■■■t口l-:_}一.蚺.e§垒!曼盎I墅曼蹩g!f!堡图9正交信号A/B输出波形一町0.胚勘.,a??-,?-?…?……?………………:…? .;t:i一|l__0一≯l.t.Ii0÷善…■;l1_'il;.≥t.…图10模拟输出(《1司服控翩》波器来实现,其实测波形如图10所示, 0—4.5V电压与旋转角度成正比,因此可以通过任意时刻的电压值未读取角度值.结语本文介绍的磁编码器实现了高精度的,同时完成速度和位置全数字反馈控制,且性能与价格比较高.在目前应用最广泛的DSP硬件平台上可直接将磁编码器的测量信号,通过软件编程完成对电机转速和位置的检测与控制,使系统的集成性获得提高.是全数字伺服控制系统的优选器件.作者简介漆亚梅(1962一)男硕士,研究方向为电机与驱动控制.参考文献【1】于庆广.刘葵,王冲,袁炜嘉,钱炜慷,张程等.光电编码器选型及同步电机转速和转子位置测量【J】.电气传动.2006,36(4): 17—19[2】吕德刚李铁才,杨贵杰等.高性能磁编码器设计….仪器仪表,2Oo6,27(6):1347～l350【3]江庆明,杨旭,甘永梅.王晓钰.王兆安等一种基于光电编码器的高精度测速和测加速度方法Ⅲ.微计算机信息,20042o(6):48～49--…__…__…●-…-_…_.…..…..…..…..…_'…_●…(上接第46页)取速度.所以在此处还需要完善.2.组态王作为堆垛机监控系统的上位监控软件,具有实现在线实时监控堆垛机的工作状态,立体仓库的存储状况,绑定底层数据库实现设置堆垛机连续作业,联网实现网络控制与管理等功能,上位机对下位设备状态的动画模拟显示还应进一步完善,从而更形象直观地对现场设备进行状态监控.堆垛机快速存取系统,提高了工作效率,达到了设计要求,随着物流业在我国的迅速兴起,对堆垛机控制系统将提出更高的要求.由于组态软件的控制系统可对系统进行分布式控制与集中管理,它将得到更广泛的应用.作者简介朱帅男研究生,研究方向为智能电气与安全参考文献n】刘毅.自动化立体仓库管理与监控系统研究[D].太原:太原理工大学,2008,I7.[2]彭魏臻.麻红昭PII协议分析[J】化工自动化及仪表,20O6,33(4).【3]秦明森实用物流技术[M].北京:中国物资出版社.2001,38【4】彭魏臻麻红昭PPI协议分析[J]化工自动化及仪表,2006,33(4):8—12,[5】龙永辉,孙中生SiomensPPI协议分析….工业控制计算机._-K~05,18(7):】10}12. ServoControI51。
电梯永磁同步电机旋转编码器PG信对照表
第1页共7页电梯电机（永磁同步）变频器与编码器调试PG 信号对照表附表一： ERN1387 （Id.nr.332199 或 332200 ）PG 信号（默纳克变频器）DB15 三排公头：(物料： 7 米电缆含短线 )变频器接口（ DB15 针0.3mm2短线公头）（ PG）信号电缆颜色15 芯连接器（母14 芯 PCB 接头头）5 A 橙 5 6b6 A- 黄 6 2a8 B 绿8 3b1 B- 蓝 1 5a3 R 粉红 3 4b4 R- 粉蓝 4 4a10 C 紫10 7b11 C- 灰11 1a12 D 白12 2b13 D- 棕13 6a9 5V 红9 1b7 0V 黑7 5b变频器DB15 芯连接器DB15 针插头编码器端附表二： ERN1387 配科比变频器：PCB 插头(物料： 10 米电缆含短线 ) (物料： 7 米电缆含短线 )变频器接口（ DB15 针电缆颜色0.3mm2短线公头）（ PG）信号15 芯连接器（母头）14 芯 PCB 接头8 A 橙8 6b 3 A- 黄 3 2a 9 B 绿9 3b 4 B- 蓝 4 5a 15 R 粉红15 4b 14 R- 粉蓝14 4a 6 C 紫 6 7b 1 C- 灰 1 1a 7 D 白7 2b 2 D- 棕 2 6a12 5V 红12 1b13 0V 黑13 5b附表三： ERN1387 配爱默生 EV3100 ：（物料号同附表二）变频器接口（ DB15 针信号电缆颜色0.3mm2短线公头）（PG）15 芯连接器（母头）14 芯 PCB 接头8 A 橙8 6b3 A- 黄 3 2a9 B 绿9 3b4 B- 蓝 4 5a15 空脚14 空脚6 C 紫 6 7b1 C- 灰 1 1a7 D 白7 2b2 D- 棕 2 6a12 5V 红12 1b13 0V 黑13 5b附表四： ERN1321 配安川：（物料）0.3mm2短线变频器接线端电缆颜色子信号15 芯连接器（母头）12 芯 PCB 接头(参照14芯) 0V 黑 1 1a5V 红 2 2aUa1(A) 橙 3 6b*Ua1(A-) 黄 4 6aUa2(B) 绿 5 5b*Ua2(B-) 蓝 6 5aUa0(Z) 紫7 4b*Ua0(Z-) 灰8 4a散线带接线端子、信号标示管附表五： ECN1313 配富士 LIFT ：（物料）0.3mm2短线变频器接线端电缆颜色子信号15 芯连接器（母头）12 芯 PCB 接头(参照14芯) 0V 黑 1 4b5V 红 2 1bA 橙 3 2aA- 黄 4 5bB 绿 5 4aB- 蓝 6 3b CLOCK 紫7 2bCLOCK - 灰8 5aDA TE 白9 6bDA TE- 棕10 1a附表六：ECN1313 配 CT：（物料）变频器接口（ DB15 针公0.3mm2短线头）信号电缆颜色15 芯连接器（母12 芯 PCB 接头(参照14芯)头）14 0V 黑 1 4b13 5V 红 2 1b1 A 橙 3 2a2 A- 黄 4 5b3 B 绿 5 4a4 B- 蓝 6 3b11 CLOCK 紫7 2b12 CLOCK 灰8 5a-5 DA TE 白9 6b6 DATE- 棕10 1a附表七： ERN1326 配爱默生 EV3100 ：变频器接口（ DB15 针0.3mm2短线公头）信号电缆颜色15 芯连接器（母16 芯 PCB 接头（ PG）头）1 U- 棕 1 8a2 V- 紫 2 6a3 A- 黄 /黑 3 5a4 B- 红 /黑 4 4a5 W- 粉 /红 5 7a6 U 绿 6 8b7 V 黄7 6b8 A 绿 /黑8 5b9 B 蓝 /黑9 4b10 W 灰10 7b11 空12 5V 棕 /绿12 1b13 0V 白 /绿13 1a14 Z- 黑14 3a15 Z 红15 3b附表八： ECN1313 配科比 F5（物料）变频器接口（ DB15 针公0.3mm2短线头）信号电缆颜色航空插头12 芯 PCB 接头(参照14芯) （ PG）13 0V 黑10/4 4b12 5V 红7/1 1b8 A 橙15 2a3 A- 黄16 5b9 B 绿12 4a4 B- 蓝13 3b6 CLOCK 紫8 2b7 CLOCK - 灰9 5a15 DATE 白14 6b14 DATE- 棕17 1aDB15 针连接器信号变频器 MOLEX 14P 接口1 U- 132 V- 123 A- 104 B- 095 W- 116 U 067 V 058 A 039 B 0210 W 0412 DC5V 0113 GND 0814 Z- 1415 Z 07附表九：大连星玛自制变频器与多摩川TS5246N469 编码器 10 米电缆信号对应表；MOLEX14P 接口附表十： ERN1387（ Id.nr.332199 或 332200）PG 信号（西威 /新时达变频器） DB15 三排公头：变频器接口（ DB15 针0.3mm2短线公头）信号电缆颜色15 芯连接器（母14 芯 PCB 接头（ PG）头）5 A 橙 5 6b6 A- 黄 6 2a8 B 绿8 3b1 B- 蓝 1 5a3 R 粉红 3 4b4 R- 粉蓝 4 4a10 C- 紫10 1a11 C 灰11 7b12 D 白12 2b13 D- 棕13 6a9 5V 红9 1b7 0V 黑7 5b。
磁旋转编码器在永磁同步电机位置测量中的应用
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维普资讯
电 气传 动 ２ ０ ０ ８年 第 ３ ８卷 第 ２期
Ｅ Ｅ Ｔ Ｉ Ｒ ＶＥ ２ ０ Ｖ １３ Ｎｏ ２ Ｌ Ｃ Ｒ Ｃ Ｄ Ｉ ０ ８ ｏ． ８ ．
磁旋 转 编码 器 在永 磁 同步 电机 位 置 测量 中的应 用
季学武 何正 义 张雪峰 ， ，
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永磁电机的工作原理
永磁电机的工作原理永磁同步电机的种类繁多，按照定子绕组感应电动势的波形的不同，可以分为正弦波永磁同步电机(PMSM)和梯形波永磁同步电机。
机床设备组成中触摸屏维修结构上，使用的正弦波永磁同步电机定子由三相绕组以及铁芯构成，电枢绕组常以Y型连接，采用短距分布绕组；气隙场设计为正弦波，以产生正弦波反电动势；转子采用永磁体代替电励磁，根据永磁体在转子上的安装位置不同，正弦波永磁同步电机又分为三类：凸装式、嵌入式和内埋式。
一、电机控制方式目前，三相同步电机现在主要有两种控制方式，一种是他控式(又称为频率开环控制)；另一种是自控式(又称为频率闭环控制)。
他控式方式主要是通过独立控N#l-部电源频率的方式来调节转子的转速不需要知道转子的位置信息，常常采用恒压频比的开环控制方案。
自控式永磁同步电机也是通过改变外部电源的频率来调节转子的转速，与他控式不同，外部电源频率的改变是和转子的位置信息是有联系关系的，转子转速越高，定子通电频率就越高，转子的转速是通过改变定子绕组外加电压(或电流)频率的大小来调节的。
因为自控式同步电机不存在他控式同步电机的失步和振荡问题，并且永磁同步电机永磁体做转子也不存在电刷和换向器，降低了转子的体积和质量，进步了系统的响应速度和调速范围，且具有直流电念头的机能，所以本文采用了自控式交流永磁同步电机。
当把三相对称电源加到三相对称绕组上后，天然会产生同步速的旋转的定子磁场，同步电机转子的转速是与外部电源频率保持严格的同步，且与负载大小不要紧。
二、永磁电机的原理系统采用的是自控式交直交电压型电机控制方式，由整流桥、三相逆变电路、控制电路、三相交流永磁电机和位置传感器构成。
50HZ的市电经整流后，由三相逆变器给电机的三相绕组供电，三相对称电流合成的旋转磁场与转子永久磁钢所产生的磁场相互作用产生转矩，拖动转子同步旋转，通过位置传感器实时读取转子磁钢位置，变换成电信号控制逆变器功率器件开关，调节电流频率和相位，使定子和转子磁势保持不乱的位置关系，才能产生恒定的转矩，定子绕组中的电流大小是由负载决定的。
永磁同步电机带霍尔及增量式编码器的伺服控制
永磁同步电机带霍尔及增量式编码器的伺服控制蔡华祥;刘兴中;程静;唐杨【摘要】永磁同步电机的伺服控制,需要知道转子的准确位置,尤其是伺服定位控制.而为降低永磁同步电机伺服系统成本,考虑用带霍尔的增量式编码器作为永磁同步伺服系统的位置传感器.针对带霍尔的增量式编码器永磁同步伺服系统,介绍了位置传感器输出信号的处理电路,以及该伺服系统的初始粗定位方法及精确定位,并在该伺服电机上作了相应的测试实验,实验证明,该方法能使同步电机正常启动,并完成调速及定位功能.【期刊名称】《现代机械》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】4页(P67-70)【关键词】永磁同步电机;霍尔;增量编码器;定位;伺服【作者】蔡华祥;刘兴中;程静;唐杨【作者单位】贵州航天林泉电机有限公司,贵州贵阳550000;国家精密微特电机工程技术研究中心,贵州贵阳550000;贵州航天林泉电机有限公司,贵州贵阳550000;国家精密微特电机工程技术研究中心,贵州贵阳550000;贵州装备制造职业学院,贵州贵阳550008;贵州航天林泉电机有限公司,贵州贵阳550000;国家精密微特电机工程技术研究中心,贵州贵阳550000【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言随着科学技术的不断进步，电力电子技术的快速发展，永磁同步电机因其高效率、高功率密度、低损耗等特点，逐渐被广泛应用于各种要求高响应、高精度、宽调速的高性能伺服控制系统，如机器人、转台、电动汽车以及数控机床等领域[1]。
然而不同于直流电机的有刷换向，同步电机的运转需要实时提供转子位置，以便电机能进行正确的换向。
同步电机的位置信号获取主要有两种方式：一种通过位置传感器获取实时位置信号；另一种是无位置控制，通过无位置控制算法，实时估计出一个转子位置，来保证电机换向[2]。
前者主要应用于需要高精度定位的伺服控制场合，后者则主要应用于伺服调速系统。
对于需要高精度伺服定位控制系统，选用的位置传感器有光栅尺、绝对式编码器、旋转变压器以及增量式编码器几种[3]。
永磁同步电机的旋变软解码的闭环控制
永磁同步电机的旋变软解码（Rotor Position Detection）是控制永磁同步电机（PMSM）实现闭环控制的关键技术之一。
这种技术通过在电机转子上安装传感器，测量转子位置，然后将测量值反馈给控制器，控制器再根据反馈信号调节电机的相电流，以达到精确的转速和转矩控制。
具体来说，永磁同步电机的旋变软解码通常使用霍尔传感器、磁编码器或者旋变传感器等物理传感器来测量转子位置。
这些传感器可以将转子位置转换成电信号，然后再通过信号处理算法将其转换成角度信息，供控制器使用。
在闭环控制中，永磁同步电机的控制器需要利用旋变软解码器提供的转子位置反馈信号，实现对电机的准确控制。
具体来说，控制器会根据反馈信号计算出电机的转子角度和转子速度，并根据转子角度和速度来生成合适的控制信号，保持电机的正常运行。
尽管永磁同步电机的旋变软解码技术可以实现闭环控制，但是由于传感器测量误差等因素的影响，可能会导致控制精度的下降。
因此，在实际应用中，需要综合考虑控制精度和成本等因素，选择合适的旋变软解码技术，并对其进行合理的优化和调整，以实现更加准确的永磁同步电机控制。
永磁同步电机的转子磁极位置辨识方法综述
L2 sin 2 s ˆd s i Rs L1 L2 cos 2 s
（2.17）
ˆd s i Rs L1 L2 cos 2 s 2 us s Rs 2 Rs L1 s L1 L2 L1 L2 s 2
华南理工大学 自动化学院 游林儒教授实验室文档
PMSM 转子磁极位置静止型学习方法研究
华南理工大学 黄招彬 2013-3-15 Email: abinhill@ 永磁同步电机（PMSM）的起动与矢量控制需要知道转子磁极的当前位置（相对于 A 相/ 轴） 。本文针对永磁同步电机的转子磁极初始位置辨识，研究了利用 PMSM 凸极效应或饱和凸 极效应的几种磁极位置辨识方法，包括相等脉冲宽度电压注入法、高频正弦电压注入法和高频 旋转电压注入法。 1. 前言 永磁同步电机中编码器（增量式或绝对式）的安装一般如图 1.1 所示，电机的定子（含线 圈）与编码器的定子固定在一起，电机的转子（含永磁体）与编码器的转子固定在一起（含零 位信号 Z 或者 R） 。设电机定子的静止坐标系参考为 A 相绕组，定为 轴，同时设编码器定子 的静止参考为 A ，可记 1） 2） 3） 4） （变化） ； NA 为矢量控制的解耦角度（转子磁极 N 极位置到 轴之间的电气角）
NZ 为转子磁极 N 极位置到编码器转子零位信号 Z 之间的机械角（固定） ；
； ZA 为编码器转子零位信号 Z 到编码器定子静止参考 A 之间的机械角（变化） 。 AA 为编码器定子静止参考 A 到电机定子 A 相/ 轴之间的机械角（固定）
设电机的极数为 P ，即极对数为
P ，则有 2
的时间，最后时刻的 d 轴电流峰值在转子磁极方向与其反向时达到最大值。由式（2.10） （2.11） 可知，当施加相同伏秒数（电压乘以时间）时，时间越短（对应电压越高） ，定子电阻影响越小。
基于增量式旋转编码器的永磁风力发电机控制研究
研究与开发基于增量式旋转编码器的永磁风力发电机控制研究王剑飞1’2胡书举1 (1．中国科学院电工研究所，北京100190；李建林1鄂春良12．中国科学院研究生院，北京100049)摘要永磁直驱型风力发电机是一种低转速大转矩的发电机，风力机运行过程中要实现最大风能的捕获，需要对发电机进行转矩控制。
使用一种高精度增量式旋转编码器，测量永磁同步发电机的转速和转子位置，并在此基础上实现了发电机的矢量控制。
实验表明，经过初始安装角度的校正，这种高精度的增量式码盘能够准确测量发电机的转速和转子位置，没有累积误差，基于这种编码器的矢量控制方法在永磁风电实验系统上取得了很好的效果。
关键词：直驱型风力机；永磁同步发电机；矢量控制；增量式编码器C ont r ol of a PM S G B as ed on I ncr em ent al E ncoderi n D i r e c t-D r i ve W i nd P ow e r Sys t emW ang Ji anf ei l2H u Shuj ul Li Ji anl i n l E C hu nl i an g)(1．I nst i t ut e of E l ect r i ca l E ngi neer i ng C A S，B ei j i ng100190；2．G ra dua t e U ni ve r si t y of C A S，B ei j ing100049)A b st r a ct P e r m a nent m a gne t s yn chr ono us gen er at or us ed i n di r ect—dr i ve w i n d pow e r s ys t em is a l ow s peed and hi gh t orque gene r at or．It s t or q ue has t o be c ont r ol l ed dur i ng w or k i ng t o capt ure t he m o st pow er．I n t hi s paper a i ncr em ent al enco der is us ed t o m e asur e t he s peed and r ot or pos i t i on of t he gener at or,bas ed on w hi c h t he vect or c ont r ol is accom pl i s h ed．T hi s ki nd of c ont r ol m e t hod is veri f i ed i n t he exper i m ent al s ys t em of di re ct—dri ve n w i nd pow e r syst em．K ey w ords：d i r ect—dr i ve w i nd pow e r syst em；per m anent m a gne t s ynchr onous gene r at or(PM SG)；vec t o r cont r ol；i n cr em ent al encoder；f i el d pr ogr a m m a bl e gat e a r r ay(F PG A)1引言目前的并网型风力机上要是变速恒频风电系统，其中有两种丰要机型：使用双馈感应发电机(D F I G)的双馈式风电系统和使用永磁同步发电机(PM S G)的卣驱式风电系统…。
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。
永磁同步电机编码器原理
永磁同步电机编码器原理“永磁同步电机编码器原理”是指永磁同步电机中所使用的一种用于测量转子位置和速度的装置。
在本文中，将详细讲解永磁同步电机编码器的工作原理，并逐步回答与该主题相关的问题。
一、什么是永磁同步电机编码器？永磁同步电机编码器是一种用于定位和测量电机转子位置的装置。
它通常由一套光学或磁性传感器组成，通过与转子上的编码盘相互作用，可以实时测量转子的角度和速度。
二、永磁同步电机编码器的工作原理永磁同步电机编码器的工作原理基于编码盘和传感器之间的相互作用。
编码盘是固定在电机转子上的一种具有特定线条图案的圆盘。
传感器通常分为两类，光学传感器和磁性传感器。
1. 光学传感器：光学传感器通常由一个发射器和一个接收器组成。
发射器通过发射一束光束，照射到编码盘上的线条图案上。
当编码盘转动时，光束会被图案的间隙遮挡或反射，进而产生光电信号。
接收器会接收到这些光电信号，并将其转化为电信号。
2. 磁性传感器：磁性传感器通常使用霍尔传感器，通过感知磁场的变化来测量转子位置。
编码盘上的线条图案通常由磁性材料制成。
当编码盘转动时，磁场的变化会被传感器感知到，并转化为电信号。
两种传感器的工作原理类似，都是通过感知编码盘上图案的变化来测量转子的位置和速度。
三、永磁同步电机编码器的应用永磁同步电机编码器广泛应用于各种需要精准控制和定位的领域。
主要应用包括：1. 工业机械：永磁同步电机编码器可以用于控制机械设备的位置和速度，实现精准控制和定位。
2. 自动化工程：在自动化设备中，永磁同步电机编码器可以用于定位和控制机器人、输送带和自动装配线等。
3. 医疗设备：在医疗领域，永磁同步电机编码器可以用于控制精密仪器和机器人，如手术机器人和扫描仪等。
4. 机床和加工设备：永磁同步电机编码器能够提供高精度的位置和速度反馈，用于控制切割和加工设备。
5. 液压和气动设备：在液压和气动系统中，永磁同步电机编码器可以用于测量缸体和阀门位置，实现精准的控制。
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带编码器的永磁同步电机
机器人已经开始在工厂自动化处理中发挥着重要的作用，它们代替工人进行焊接、涂装、装配、切割、码垛堆积，和机器可以更经济、更快速和更准确完成的一些常规操作。
本文从电机控制角度重点介绍了系统描述和需求。
需求无论是线性的还是铰接式的机器人架构配置，大部分应用都要求高精度的机械臂运动。
因此，电机控制策略采用位置控制环路，其中实际位置由位置传感器来捕获，通常增量编码器或绝对编码器的分辨率都非常高。
机器人系统的自由度(DOF)即移动关节数与所使用的电机数是相等的。
结果是，DOF 的值越高，每个电机的移动精度要求就越高，因为每个电机产生的位置误差是相乘的。
在这些种类的应用中，需要具有数以百万计脉冲的编码器。
与焊接或铣削数控机床相比，冲孔或钻孔数控机床的刀具夹的位置控制要求较低，因为焊接或铣削数控机床的关节运动必须精确地同步，以保持所需的运动轨迹。
概念图1 所示的概念结构框图显示了一个简单机器人系统的组成，这是一个铣削数控机床的例子。
机床控制结构的顶层是数控机床主控制器，通常需要使用多内核的MCU。
它必须执行的任务和服务包括：●人机界面/显示器应当能够输入、显示并编辑整个数控程序。
●系统管理器监控并指挥其它MCU，处理系统异常情况和中断信号，存储数控控制程序、刀具校准和刀具补偿参数，以及不同用户的补偿和其它设置。
●运动轴控制处理器解析数控程序并计算位置指令，将这些指令内插到各种坐标系统，并将消息发送给指定的电机控制器。
从外围设备要求角度来看，MCU 应当能够处理各种工业通信协议，并包含一片大容量的片内内存。
另一方面，无需特定的电机控制外设模块。
电机控制层的需求与上层不同。
使用单颗MCU 可能不会满足每种情况下的应用需求。
这可能需要一颗额外的监控安全的MCU。
除了通信外，主MCU 执行电机控制。