第7章 三相永磁同步伺服电动机的控制
三相永磁同步电机控制
三相永磁同步电机控制
三相永磁同步电机控制是一种利用电力电子技术对三相永磁同步电机进行控制的方法。
它主要包括以下几个方面：
1. 电机模型：三相永磁同步电机的控制需要建立电机的数学模型，包括电磁场方程、转矩方程等。
这些方程可以通过实验测量或者理论推导得到。
2. 控制算法：三相永磁同步电机的控制需要采用适当的控制算法，如矢量控制、直接转矩控制等。
这些算法可以根据电机模型和控制目标进行选择和优化。
3. 控制电路：三相永磁同步电机的控制需要设计合适的控制电路，包括驱动电路、反馈电路、保护电路等。
这些电路需要根据电机的参数和控制算法进行设计和调试。
4. 系统集成：三相永磁同步电机的控制需要进行系统集成，包括硬件集成和软件集成。
硬件集成需要将各个电路模块进行连接和调试，软件集成需要将控制算法和电路模块进行编程和调试。
总之，三相永磁同步电机控制是一项复杂的技术，需要综合考虑电机模型、控制算法、控制电路和系统集成等多个方面的因素。
在实际应用中，需要根据具体的应用场景和需求进行选择和优化，以达到最佳的控制效果。
永磁同步电机的控制方法
永磁同步电机的控制方法
永磁同步电机的控制方法通常有以下几种:
1. 矢量控制：通过对永磁同步电机的电流和转子位置进行精确控制，实现精准的转速和转矩控制。
控制系统中包含了速度闭环和电流闭环控制，能够实现较高的响应速度和稳定性。
2. 直接转矩控制(DTC)：在矢量控制的基础上，直接对电机转矩进行控制，通过实时监测电机状态和转矩需求，调整电机相电流和振幅，从而实现转矩控制和动态响应调节，避免了传统的速度环节和PI控制器，提高了系统的动态性能。
3. 感应机同步转矩控制(ISDT)：利用感应机的电流矢量和同步电机之间的转子位置误差，实现对同步电机的转矩控制。
通过对比感应机和同步电机电磁转矩的误差，并根据误差进行调节，以实现精确转矩控制。
4. 滑模控制：利用滑模控制器，通过对滑动面进行设计，将同步电机的速度和位置误差纳入控制范围，实现速度闭环控制和稳定控制。
滑模控制方法具有较强的鲁棒性和快速响应特性，适用于对永磁同步电机的高性能控制要求。
5. 直接自适应控制(Direct Adaptive Control，DAC)：基于模型引导技术，根据电机特性建立适应器模型，通过实时修正控制器参数，使得控制器能够自适应地处理电机的变化和非线性特性，以实现精准控制。
三相交流伺服电机控制原理
三相交流伺服电机控制原理三相交流伺服电机是一种常用于工业自动化控制系统中的电机，它具有高精度、高效率、高可靠性等特点，广泛应用于机床、机械手、自动化生产线等领域。
本文将从控制原理的角度介绍三相交流伺服电机的工作原理。
三相交流伺服电机的控制原理主要包括位置控制、速度控制和力矩控制三个方面。
位置控制是指通过控制电机的转子位置，使其达到期望位置的控制方式。
速度控制是指通过控制电机的转速，使其达到期望速度的控制方式。
力矩控制是指通过控制电机的输出力矩，使其达到期望力矩的控制方式。
在三相交流伺服电机的控制中，最重要的是位置控制。
位置控制的关键是通过编码器或传感器实时获取电机转子位置的反馈信号，并与期望位置进行比较，然后根据差异进行控制。
控制方法主要有位置环控制和速度环控制两种。
位置环控制是通过比较期望位置和实际位置来调整电机输出的力矩，以达到位置控制的目的。
速度环控制是通过比较期望速度和实际速度来调整电机输出的力矩，以达到速度控制的目的。
在位置控制中，PID控制器是常用的控制算法。
PID控制器根据位置误差、速度误差和加速度误差来调整输出力矩，使电机能够快速而稳定地达到期望位置。
PID控制器的输出力矩由比例项、积分项和微分项组成。
比例项决定了电机输出力矩与位置误差的线性关系，积分项决定了电机输出力矩与位置误差的积分关系，微分项决定了电机输出力矩与位置误差的微分关系。
速度控制是基于位置控制的基础上进行的，其目标是使电机在达到期望位置的同时，实现期望速度的控制。
速度控制的关键是通过对速度误差进行反馈控制，调整电机输出的力矩。
常用的速度控制算法包括PI控制和滑模控制。
PI控制是在PID控制器的基础上去掉微分项，只保留比例项和积分项，以减小控制系统的震荡和抖动。
滑模控制是一种非线性控制方法，通过引入滑模面和滑模控制器，使系统能够对外部扰动具有较强的抑制能力。
力矩控制是三相交流伺服电机控制中的高级控制方式，它的目标是使电机输出的力矩能够达到期望力矩。
永磁同步电机的控制方法
永磁同步电机的控制方法
永磁同步电机是一种常见的电动机型号，具有高效、能耗低等优点，在不少领域广泛应用，如空调、洗衣机、汽车等。
为了使电机工作更加稳定、可靠，需要对其进行控制，本文将介绍几种常见的永磁同步电机控制方法。
一、矢量控制方法
矢量控制方法也称为矢量调速，是对永磁同步电机进行控制的一种较为复杂的方法。
通过对电机的磁场和电流进行精细控制，可以实现电机速度和转矩的精准调节。
具体实现时，需要提取电机转子位置，进行磁场定向控制。
二、直接转矩控制方法
直接转矩控制方法是对电机电流进行直接调节的方法，可以实现对电机转矩的调节。
该方法操作简单，但控制效果较为粗糙，容易造成电机振动和噪音。
三、电压向量控制方法
电压向量控制方法通过调节电机的电压和相位，控制电机的速度和转矩。
该方法比直接转矩控制方法更加精准，但控制难度较大，计算量较大。
四、滑模控制方法
滑模控制方法是近年来发展的一种新型控制方法，可以实现低成本、高效率的电机控制。
该方法借助滑模变量实现对电机转速和转矩的控制，具有控制精度高、响应速度快等优点。
五、解析控制方法
解析控制方法也是近年来发展的一种新型控制方法，该方法是通过解
析电机的动态特性，设计控制器实现对电机的精准控制。
该方法适用于大功率电机控制，但计算量较大，难度较高。
以上是几种常见的永磁同步电机控制方法，不同的方法具有不同的特点和适用范围，需要根据实际情况选择合适的控制方法。
随着科技进步和工业发展，永磁同步电机控制技术也将不断进步和发展。
永磁同步电机控制原理
永磁同步电机控制原理位置控制是指将电机转子的位置控制在给定的位置上，常用的方法有传统的电流环控制和矢量控制。
传统的电流环控制是通过控制电机的电流来实现位置控制。
首先，测量电机的转子位置，通常使用光电编码器或霍尔传感器。
然后，通过闭环控制系统计算得到合适的电流指令。
最后，将电流指令发送到电机驱动器，控制电机的电流。
该方法的优点是简单且稳定，但低效。
矢量控制是一种较为先进的方法，可以实现更高的转速和更高的效率。
矢量控制通过直接控制电机的转子位置和转矩来实现位置控制。
矢量控制的原理是将电机的转子电流和磁场定向地控制在给定的位置上。
为了实现矢量控制，需要测量电机的转子位置和转速，并通过采样和滤波等技术对其进行处理。
然后，通过矢量控制算法计算得到合适的电流指令，并将其发送到电机驱动器。
电机驱动器会根据电流指令调整电机的相电流，从而控制电机的转子位置和转矩。
除了位置控制，永磁同步电机的控制还包括转速控制和转矩控制。
转速控制是指将电机的转速控制在给定的范围内。
常用的方法有开环控制和闭环控制。
开环控制是指根据电机驱动信号的占空比和频率来控制电机转速。
通过改变驱动信号的占空比和频率可以改变电机的转速。
该方法简单易实现，但不稳定且精度较低。
闭环控制是指在电机的转子位置和速度反馈信号的基础上，通过PID控制器或其他控制算法，计算得到合适的电压指令，并将其发送到电机驱动器。
电机驱动器会根据电压指令调整电机的相电压，从而控制电机的转速。
转矩控制是指将电机的输出转矩控制在给定的范围内。
常用的方法有矢量控制和直接转矩控制。
矢量控制是指在电机的转子位置、速度和转矩反馈信号的基础上，通过矢量控制算法计算得到合适的电流指令，并将其发送到电机驱动器。
电机驱动器会根据电流指令调整电机的相电流，从而控制电机的转矩。
直接转矩控制是指通过测量电机输出转矩并在闭环控制系统中计算得到合适的电流指令，并将其发送到电机驱动器。
电机驱动器会根据电流指令调整电机的相电流，从而控制电机的转矩。
三相永磁同步电机的矢量控制原理
三相永磁同步电机的矢量控制原理下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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永磁同步电机工作原理及控制策略
永磁同步电机工作原理及控制策略永磁同步电机的工作原理是基于电磁感应定律和磁场力的作用。
其核心部分是由定子和转子组成的。
定子包含绕组，带有若干个相位的线圈，而转子则是由永磁体组成。
当定子绕组通过电流时，产生的磁场会与转子的永磁体产生相互作用，从而产生力矩。
通过极性的切换和稳定的控制，可以实现转矩和速度的调节。
永磁同步电机的控制策略主要包括转矩控制和速度控制两种。
转矩控制是通过改变定子电流的大小和相位来控制电机输出的转矩。
一种常见的转矩控制方法是矢量控制，即将电机的电流矢量旋转到与转子磁场矢量相对齐，从而实现最大转矩输出。
在转矩控制中，还可以采用感应电压控制、直接扭矩控制等方法，具体选择哪种方法取决于应用的具体要求。
速度控制是通过调节输入电压的大小和频率来控制电机的转速。
可以采用开环控制和闭环控制两种方法。
开环控制是根据速度需求提供恰当的电压和频率给电机，但不能调节电机的转矩。
闭环控制则通过添加速度反馈，将实际速度与设定速度进行比较，再调整电压和频率输出，实现电机转速的精确控制。
在永磁同步电机的控制中，还常常使用了空间矢量调制（Space Vector Modulation，SVM）技术。
SVM是通过将三相AC电压转换成恰当的电压矢量，控制定子电流的大小和相位。
这种技术可以提高电机的效率、减少电流谐波和噪音，并改善电机的动态性能。
总结起来，永磁同步电机的工作原理是利用磁场力的作用实现高效的电动机转矩和速度调节。
其控制策略包括转矩控制和速度控制，通过改变电机的电流、电压和频率来实现精确的控制。
在控制过程中，SVM技术可以提高电机的效率和动态性能。
随着科技的进步和电机控制技术的发展，永磁同步电机在各个领域的应用将会越来越广泛。
永磁同步电机控制策略
1 2
0
3
i
2
i
3 2
id iq
cos sin
sin i
cos
i
i i
cos sin
sin id
cos
iq
SVPWM产生原理
SVPWM 是空间电压矢量 PWM 波产生 ，它具有电压利用率高、低谐波成分、开 关次数少和功率管功耗小等特点。同时， SVPWM 还能很好的结合矢量控制算法 ，为矢量控制得实现提供很好的途径，以 最大限度的发挥设备的性能。因此被越来 越多的变频设备所采用。
谢谢！！！
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如果向量如图所示位置则：
V V1V 2
V V (110)T1 V (100)T2 V (000)T0
T T1 T2 T0
T1 ：V(110)状态的导通时间
T2 ：V(100)状态的导通时间 T0 ：零向量的导通时间 T ：采样周期
从一个空间电压矢量旋转到另一个矢量的过程中， 应当遵循功率器件的开关状态变化最小的原则，即 应只使一个功率器件的开关状态发生变化，这样可 以尽量减少开关损耗。在零矢量的插入上，有两种 方法处理，下图所示为在区域1中以两相调制方法 形成的SVPWM波形图。
矢量控制原理图
永磁同步电机矢量控制系统结构框图
坐标变换图 abc三相定子电流，经过claeke变换为 坐标系，在经过park变换为dq坐标
Clarke变换与逆变换
i i
2
1
3 0
1 2 3 2
1 2 3 2
ia ib ic
Park变换与逆变换
ia ibic 源自12 31 2
电压空间矢量SVPWM技术的基本原理： 电压矢量与磁链矢量的关系: 当用三相平衡的正弦电压向交 流电机供电时，电动机的定子磁链空间矢量幅值恒定，并 以恒速旋转，磁链矢量的运动轨迹形成圆形的空间旋转磁 场(磁链圆)。因此如果有一种方法，使得逆变电路能向交流 电动机提供可变频、并能保证电动机形成定子磁链圆，就 可以实现交流电动机的变频调速。
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第二节 三相永磁同步伺服电动机的控制策略
ABC
1 43 65 2A NhomakorabeaX
B
Y
C
Z
V1: 1 0 0 V2: 1 1 0 V3: 0 1 0 V4: 0 1 1 V5: 0 0 1 V6: 1 0 1 V7: 1 1 1 V0: 0 0 0
三相永磁同步伺服电动机 的电子换向器主回路
第二节 三相永磁同步伺服电动机的控制策略
第 7 章 第二节 三相永磁同步伺服电动机的 控制策略
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略
dq坐标系上得到的三相永磁同步伺服电动机的矢量如 图7-2所示。
q
id iq
1
Laid
0 1 a
Laiq
d
图7-2三相永磁同步电动机矢量图
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略
在上图中Ψa是电动机定子磁链，Ψ0是电动机中 总的磁链，显然由于定子磁链的存在，使得总 磁链偏离了d轴，这就是电枢反应。电枢反应 主要是由定子电流的q轴分量iq引起的。 定子电流的d轴分量id相当于励磁电流。关于对 id的控制，在不同的实际应用场合下一般有两 种控制策略
引 言
数字式交流伺服系统在数控机床，机器人等领 域里已经获得了广泛的应用。数字式交流伺服 系统，是制造业实现自动化和信息化的基础构 件。 研究数字式交流伺服系统包括研究其速度控制、 位置控制以及辅助功能三个方面的问题，本课 程介绍数字式交流伺服系统的工作原理及相关 产品使用手册。
第 7 章 第一节 三相永磁同步伺服电动机及 其数学模型
式中：Ud、Uq——dq坐标系上的电枢电压分量； id、iq ——dq坐标系上的电枢电流分量;
第一节
三相永磁同步伺服电动机及其数学模型
Ld、Lq ——dq坐标系上的等效电枢电感; Ψd、Ψq ——dq坐标系上的定子磁链分量； R——定子绕组的内阻； ωr ——dq坐标系的旋转角频率; Ψr——永久磁铁对应的转子磁链； p——微分算子； Te——输出电磁转矩； np——三相永磁同步伺服电动机的磁极对数。
V23 V3 V2 V34
V4
Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ
V5
ⅣⅢ
Ⅱ Ⅰ Ⅻ Ⅺ
V6
V12
V1
V45
V61
ⅨⅩ
V56
基本电压矢量和组合电压矢量
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略
对应于电压矢量V12的三 相输出电压PWM波形如 图7-6所示。V12在扇区I 内，介于基本矢量V1和 V2之间，由V1和V2线性 合成，只要V1和V2的作 用时间相等，就可合成在 30°方向上的矢量V12， 零矢量作用的时间决定了 输出电压的幅值。
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略
图7-7
采用硬件数字式脉宽调制器的交流伺服系统的结构
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略
设电压逆变器的输出电压矢量v在d轴和q轴的分量分别是ud 和 uq，电流矢量I在d轴和q轴的分量分别是id和iq。有学者根 据对永磁同步伺服电机数学模型的分析，以及通过实验的验 证，已经得出了下面的重要结论： 当ud > 0 时，id增加；当ud < 0时，id减小。当uq > 0 时，iq 增加；当uq < 0时，iq减小。 在系统运行的过程中，在某一时刻，定子电流的两个分量究 竟是应该增加还是应该减小，进一步的，应将增加多少或者 减小多少，这些信息都包含在电流调节器ACRq和ACRd的输 出信号UQ和UD中。因此，我们可以根据UQ和UD来选择逆变 器的输出电压矢量V在d轴的分量和q轴的分量。进一步，再 根据电机转子的瞬间位置，就可确定逆变器在瞬间的开关状 态。
A B C
图7-6 对应于电压矢量V12的三相输出 电压PWM波形
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略
图7-7采用硬件数字式脉宽调制器的交流伺服 系统的结构 图7-7表示采用硬件数字式脉宽调制器的交流 伺服系统的结构，ASR表示速度调节器。在d-q 坐标系中，速度调节器的输出信号作为定子电 流q轴分量的给定，定子电流d轴分量的给定为 零。ACRq和`ACRd分别是控制电流q轴分量和 d轴分量的调节器， ACRq和`ACRd都是常规的 线性PI调节器。
常用的方式，下面主要介绍这种控制方式。
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略
图7-3是三相永磁同步电动机交流伺服系统的 框图。在这个结构框图中包括了位置环、速度 环和电流环，在本章里只分析速度和电流控制 的基本原理。 图7-3所示的控制系统采用id=0的控制方式。 ASR表示速度调节器。在dq坐标系中，速度调 节器的输出信号可以作为定子电流q轴分量的 给定，将电动机定子电流的d轴分量设定为为 零(保证电流产生的定子旋转磁场与电动机的 转子磁场正交)。ACRq和ACRd分别是控制电流 q轴分量和d轴分量的电流调节器调节器。
2014年6月
引 言
近年来，采用数字控制技术，以稀土永磁正弦 波伺服电动机（PMSM）为控制对象的全数字交 流伺服系统正逐渐取代了以直流伺服电机为控 制对象的直流伺服系统和采用模拟控制技术的 模拟式交流伺服系统。 数字式交流伺服系统不仅其控制性能是以往的 模拟式伺服系统和直流伺服系统所无法比拟的， 而且更所具有的一系列新的功能，如电子齿轮 功能、自动辩识电动机参数的功能、自动整定 调节器控制参数功能、自动诊断故障的功能等 等。
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略
2．用软件实现空间电压矢量脉冲宽度调制（SVPWM） 用软件实现空间电压矢量脉宽调制的方法也是一种通 常使用的方法，这种方法的优越性在于其控制精度比 较高。 首先确定要求输出的电压空间矢量的幅值和方向角， 才能进行SVPWM运算。在三相永磁交流伺服电动机控 制系统中，可以通过闭环的实时计算来获得电压空间 矢量的幅值Ur和方向角θ ：
伺 服 系 统
第 7 章
三相永磁同步伺服 电动机的控制
内容提要
第一节 三相永磁同步伺服电动机及 其数学模型 第二节 三相永磁同步伺服电动机的 控制策略 第三节 速度反馈信号的检测和处理 第四节 伺服电动机转子初始位置的 检测 第五节 交流伺服系统的电子齿轮功能
AC伺服电动机
原位校准设备
1
第一节
三相永磁同步伺服电动机及其数学模型
对静止坐标系上的电枢电压瞬时值UA、UB、UC和电枢 电流瞬时值iA、、iB、、iC进行旋转变换，可得dq坐标 系上电压瞬时值Ud、、Uq和电枢电流瞬时值id、iq ：
U d U q id i q 2 cos a 3 sin a 2 cos a 3 sin a U A cos( a 2 / 3 ) cos( a 2 / 3 ) UB sin( a 2 / 3 ) sin( a 2 / 3 ) U C i A cos( a 2 / 3 ) cos( a 2 / 3 ) iB sin( a 2 / 3 ) sin( a 2 / 3 ) iC
QX
1
E -1
VQ
图 7-8 三值比较器
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略
根据QX和DX的值，以及电机转子的位置，来选择电压 矢量，下面首先介绍选择电压矢量的规则。表7-1给出 了所有扇区内的电压矢量的选取方案。
在图7-5中，12个非电压矢量将空间分成了12个扇区， 每个扇区由相邻的电压矢量确定。现在假定电机的转 子正处于第1号扇区，其相邻的两个电压矢量是V1和 V12。这时，如果DX=1且QX=1,则说明我们应当选取 的电压矢量在d轴和q轴的投影都应在为正，这时选择 V2是恰当的；如果DX=1且QX=0，则说明我们应当选 取的电压矢量在d轴的投影应为正，而在q轴的投影应 当为零，这时选择V1是恰当的。
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略
2 2 Ur Uq Ud
r arctg
Uq Ud
式中：θr——转子转角； Δθ——dq坐标系下的电压矢量方 向角；
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略
3．基于硬件的数字式空间矢量脉冲宽度调制
近来，大规模可编程逻辑器件（FPGA、EPLD）在交流伺服系统 中得到了应用，出现了主要基于硬件逻辑电路的数字式脉宽调制 方法，主要介绍这种方法。 伺服系统采用电压型三相逆变器，如图7-4。逆变器输出电压矢量 V。根据6个主开关管的不同开关状态,可以得到了6个基本电压矢 量V0、V1、… V6、V7，其中V0、V7是零矢量，V1…V6是非零矢 量，如图7-5所示。 任意角度θ的电压矢量,可以由以上的基本电压矢量的线性组合而 得到。在这里，我们关心的是在以下六个角度上的电压矢量： V12位于30°的方向上；V23位于90°的方向上；V34位于150° 的方向上；V45位于210°的方向上；V56位于270°的方向上； V61位于330°的方向上。如图7-5所示。称这6个电压矢量为组合 电压矢量。
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略
为确定UQ和UD的极性，设置了 两个三值比较器CM1和CM2，三 值比较器的特性如图7-8所示。 CM1和CM2的输出信号分别是 QX和DX。Ｅ是在比较器当中设 定的误差范围，当输入信号的绝 对值在误差范围以内时，比较器 的输出信号QX（DX）为零，当 输入信号为正，且超出了误差范 围时，比较器输出为１。当输入 信号为负，且超出了误差范围时， 比较器的输出为－１。
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略